Alumbrado Publico LED: Todo lo que Debes Saber

Cuando se trata de diseñar un proyecto de iluminación con Alumbrado Público LED la mayoría de las persona no saben por dónde comenzar.

¡Es demasiada información!

Por suerte, has encontrado el artículo adecuado que te guiará paso a paso y te proporcionará todas las herramientas adecuadas para que tu proyecto sea exitoso.

En esta guía aprenderás:

• ¿Por qué utilizar tecnología LED en el alumbrado público?
• Los conceptos básicos para el diseño de un sistema de iluminación LED de alumbrado público
• Los elementos de una luminaria LED de alumbrado público
• ¿Cómo saber si debo utilizar luminarias LED de alumbrado público en mi proyecto?
• Cómo diseñar un sistema de iluminación de alumbrado público con luminarias LED

Esta es una guía práctica para que cualquier persona, haya o no trabajado con iluminación, sepa o no sepa de alumbrado público, conozca o no la tecnología LED, pueda hacerse una idea de los conceptos claves a la hora de abordar un proyecto de alumbrado público usando tecnología LED.

Comencemos ahora mismo:

La energía eléctrica es el motor de la civilización moderna. Sin embargo es un recurso natural que no es infinito. Desde años atrás se han planteado soluciones que mitiguen el impacto ambiental que ocasiona la producción de este recurso o el consumo desmesurado del mismo.

Una cosa es clara: si bien hay que velar por el uso de energías limpias, es obligatorio reducir el consumo.

Uno de los ítems de nuestro mundo que más consume energía eléctrica es la iluminación. Desde el bombillo de mi habitación, hasta las lámparas del vestíbulo papal.

Y es que es una necesidad para la especie humana, poder distinguir con su vista todo su entorno, con detalles, para poder interactuar con todo lo que le rodea.

Por eso, desde tiempo atrás, se han venido perfeccionando las tecnologías para iluminar, ya que esta necesidad siempre estará presente. Pero, si es obligatorio, reducir el consumo.

Una alternativa que ha tomado fuerza durante los últimos años es el uso de diodos emisores de luz (LED, de su sigla en inglés “Light Emitting Diode”) para construir fuentes lumínicas, tanto para exteriores como para interiores.

Los resultados han sido sorprendentes y por eso, cada vez más se perfecciona en esta tecnología, especialmente en las aplicaciones de alta potencia, como es el alumbrado público y exterior.

El alumbrado público es uno de los ítems que más consumo tiene debido a la necesidad de usar potencias muy altas para alumbrar en exteriores y en alturas.

Además, para vías y exteriores, existen reglamentaciones de estándar internacional por seguridad y salud que deben cumplirse a cabalidad; de esta manera, es necesario diseñar o modificar la iluminación pública estratégicamente, para cumplir con toda la normatividad vigente.

En este artículo trataré de abordar todos los temas necesarios para comprender todo lo necesario referente a iluminación LED y alumbrado público LED.

Está claro que hay parámetros de orden técnico que deben tenerse en cuenta para realizar diseños de iluminación, especialmente en exteriores y alturas.

Por este motivo vamos a repasar algunos conceptos claves necesarios para el entendimiento del presente documento. Mi idea no es caer en tecnicismos, si no abordar el tema de manera sencilla y práctica, de manera que sea información de valor para todo tipo de lector.

Son los siguientes:

Las facturas de servicios públicos miden el consumo de todo aparato que esté conectado a la red eléctrica. Esto, basados en la unidad de medida de la potencia eléctrica Vatios (Watts o simplemente “W”) consumidos.

Llamamos “vatiaje” a la potencia nominal de operación de un dispositivo.

Se trata de un componente electrónico que convierte la energía eléctrica en luz. Se montan en tarjetas electrónicas de modo que su luz ilumine en una dirección específica y por este motivo son más eficientes que otras tecnologías.

COB (Chip on Board): Es una tecnología que monta varios chips LED en una pequeña tarjeta. Mucha potencia pero requiere de difusores y refractores para focalizar la luz. Poco se usan hoy en día en dispositivos de alta eficiencia.

SMD (Surface Mount Device): Es una tecnología que usa led más robustos individualmente montados en una tarjeta electrónica. Se pueden montar varios y así disipar mejor el calor para alargar la vida útil del circuito.

Se mide en LUMEN. Es una medida absoluta que determina la cantidad de luz total producida por una fuente de luz.

Se mide en LUX (lumen por m2). Me indica una medida de luminosidad percibida en un área específica, sometida a una determinada luminosidad proveniente de una o varias fuentes de luz. Se mide con un luxómetro.

CRI, define la fidelidad con que una fuente de luz reproduce los colores del entorno comparado con la luz natural del sol. 100 sería el valor para una luz que reproduce el color exactamente como el sol.

FP, describe de la cantidad de energía consumida cuanta se convierte en luz en una luminaria.

Potencia Activa: Cantidad de energía consumida que se convierte directamente en luz.

Potencia Reactiva: cantidad de energía que se requiere para mantener el circuito de la luminaria encendido y operando.

Las luminarias de otras tecnologías que requieren balastros y arrancadores, tienen un consumo adicional al nominal en potencia reactiva, ya que estos elementos consumen potencia pero esta no se convierte en luz, únicamente sirven para mantener la bombilla en operación, por lo que es 100% potencia reactiva y esta es penalizada en la factura de servicios públicos por aparte al consumo normal.

Se define como el color de la luz emitida y se mide en grados Kelvin (K), comparando con el color que emitiría una varilla de acero sometida a esa temperatura esa temperatura.

Se considera luces cálidas 2500-3500K, neutras 4000K-4500K, blanco puro 5000K-6000K.

Todos los circuitos eléctricos son sensibles a la humedad y al polvo. Exponerse a estos elementos afecta su desempeño y vida útil. Existe el estándar IP para protección de modo que una luminaria pueda soportar estar a la intemperie sin afectar su funcionamiento y vida útil.

Como mínimo se debe manejar IP65 para exteriores que son resistencia a la humedad (sin sumergir) y el sellamiento total para no entrada de polvo ni material particulado. Para mayor información acerca de protección IP puedes visitar este enlace.

También existe un estándar de protección a golpes IK que en definitiva determina que la luminaria resista impactos. Lo normal es una característica de IK08.

Para mayor info acerca de protección IK puedes visitar este enlace.

Reglamento técnico de iluminación y alumbrado público. Estándar internacional que define los requisitos de la iluminación en diferentes entornos, tanto exteriores como en interiores, así como las criterios de calidad que debe cumplir una luminaria para poder ser aceptada para su operación.

Para mayor detalle en información sobre Retilap, puedes visitar este enlace.

Para alumbrado público vial por ejemplo, el Retilap define los estándares de vías de acuerdo a su tráfico, y de esta manera los niveles mínimos de iluminación.

• La placa LED es donde se montan los LEDs en la luminaria y desde donde se emite la luz.

• Las luminarias de alumbrado público LED vienen con un soporte para brazo como punto de anclaje y sujeción, acorde con su tamaño y peso.

• Las luminarias de alumbrado público LED siempre poseen aletillas disipadoras de calor, si bien el circuito LED no produce calor de manera excesiva, como otras tecnologías de iluminación, es necesario tener un buen sistema de disipación para el calor que se pueda generar, teniendo en cuenta que normalmente se trabaja en altas potencias.

• El driver generalmente se encuentra interno en el chasis de la luminaria pero también puede estar externo. Para no entrar en tecnicismos, es el encargado de acondicionar la energía que llega de la red eléctrica para alimentar la placa LED. Funciona como un transformador por lo que no tiene tiempo de arranque ni estabilización y adicionalmente protege el circuito LED de cualquier sobrecarga, aumentando así su vida útil.

Tradicionalmente se ha trabajado en alumbrado público con luminarias de tecnologías como sodio o metal-halide.

Para este tipo de aplicaciones, generalmente en entornos abiertos y en alturas se deben usar luminarias de potencias muy altas para alcanzar niveles de iluminación aceptables.

Estas luminarias tienen un costo bajo y un desempeño aceptable, pero un consumo muy superior, comparado con la actual tecnología en luminarias LED, hasta de un 85% más.

Además su vida útil es muy corta al lado de la tecnología LED. Esto representa un sobrecosto importante en recambios y costos de mantenimiento.

Las luminarias LED no contienen mercurio ni metales pesados, por lo que también son amigables con el medio ambiente.

Las luminarias de alumbrado público LED reproducen mejor los colores de todo el entorno, comparadas con las tecnologías de alumbrado público tradicionales.

Resumamos a continuación las principales ventajas de realizar la sustitución de iluminación tradicional en alumbrado público por iluminación LED:

• Eficiencia superior a todas las tecnologías existentes, lo que se traduce en un bajo consumo para producir la misma potencia lumínica o incluso más.

• Amigable con el ambiente incluso después de su vida útil, ya que no contiene mercurio, halogenuros ni metales pesados.

• Vida útil muy superior comparando con otras tecnologías usadas en alumbrado público.

• No requiere balastros ni arrancadores por lo que su arranque es automático y sin tiempos de estabilización.

• Mantenimiento mínimo o nulo ya que no tiene piezas removibles o que requieran constante recambio.

• Mejor reproducción del color que otras tecnologías.

Basados en todo lo anterior, ¿cuáles son los argumentos de peso para considerar la sustitución de luminarias tradicionales por luminarias LED en alumbrado público? Echemos un vistazo.

La eficiencia energética de las luminarias LED es mucho más alta al compararla con otras tecnologías.

De esta manera, se pueden lograr potencias lumínicas más altas con un consumo hasta un 85% menor que las luminarias de alumbrado público tradicionales.

El consumo eléctrico se reduce por cada luminaria, lo que hace el sistema mucho más económico y ahorrador cada mes.

No se requieren balastros electrónicos ni arrancadores en la tecnología LED por lo que su arranque es inmediato.

Esto se deriva en una mayor vida útil, ya que los circuitos no se ven afectados por los ciclos de encendido-apagado.

Además, la ausencia de balastro representa una disminución importante en potencia reactiva que también es cobrada en la factura de servicios públicos, aparte del consumo neto de la luminaria.

Mientras que un bombillo de sodio o metal-halide ronda las 5.000-10.000 horas de vida útil, un LED promedio está alrededor de 25.000-30.000 horas de vida útil.

En dispositivos de alta calidad se rondan las 50.000 e incluso puede llegar 100.000 horas de vida útil.

En promedio llegan a las 50.000 horas de vida útil aún con el 70%-80% de su potencia inicial, comparado, por ejemplo, con bombillas de sodio que decaen hasta un 40% solo unas 3.000 horas después de entrar en operación.

Las luminarias LED de alumbrado público son fabricadas como un conjunto completo, de modo que no tiene piezas removibles.

Están hechas de manera que si un LED llegase a fallar, los demás siguen en operación, por lo que el mantenimiento es mínimo y no se requieren recambios con frecuencia.

De esta manera se abaratan los costos de manutención del sistema completo y se ayuda al retorno de inversión en un periodo mucho más corto de tiempo.

El índice de reproducción cromática es mucho más alto en luminarias LED (CRI=70-80) que en otras tecnologías de alumbrado público (en sodio por ejemplo, CRI=20-30).

Esto hace que el ojo humano perciba mucho mejor todo el ambiente, y en alumbrado público es muy importante para la visualización de todo el entorno.

Las cámaras de seguridad también captan mejor todos los espacios bajo CRI altos, lo que hace más seguros y fiables los sistemas de vigilancia y monitoreo bajo iluminación y alumbrado público LED.

En lámparas de alumbrado público tradicionales se usan como fuentes de luz bombillas que emiten luz en todas las direcciones (360°).

Esto hace que se requieran difusores, cubiertas espejo y demás elementos para tratar de focalizar la luz, perdiéndose en ese proceso de focalización un porcentaje importante de la luz emitida por la bombilla.

Esto no ocurre con las luminarias de alumbrado público LED pues las luces LED emiten la luz de manera direccional, en aperturas específicas definidas (120°x90°, 150°x110°, etc) evitando la pérdida innecesaria de luz y a su vez haciendo el conjunto más eficiente.

¡Aquí se viene la mejor parte!

Ya revisamos los conceptos básicos acerca de la tecnología LED en general. También vimos las ventajas de las luminarias LED sobre otras tecnologías de alumbrado público.

Ahora vamos a explorar el terreno específico cuando se nos presenta un proyecto donde vamos a trabajar alumbrado público, sea desde cero o si ya tenemos algún sistema y haremos la sustitución de luminarias.

Un sistema de alumbrado público es más complejo de lo que parece e involucra una cantidad enorme de parámetros técnicos que por su complejidad no los trataré en este artículo.

Si se desea ahondar en este tema yo recomiendo visitar artículos universitarios y el reglamento técnico de iluminación de vías y espacios públicos.

Vamos a contemplar entonces los aspectos más relevantes en términos generales cuando tenemos un proyecto de alumbrado público.

Basados en todo lo anterior, ¿cuáles son los argumentos de peso para considerar la sustitución de luminarias tradicionales por luminarias LED en alumbrado público? Echemos un vistazo.

Esto es de suma importancia porque nos va a llevar de inmediato a plantearnos la complejidad del proyecto.

Si es un proyecto nuevo se puede estimar desde el perfil del proyecto. Si por el contrario, ya existe un sistema de iluminación, partimos del supuesto de que “lo que hay hoy, ya funciona” y trataremos de mejorarlo según la intención del proyecto.

De esta manera en primera instancia definimos desde el principio lo que nos interesa indagar y así profundizaremos en lo que realmente nos concierne para el objetivo principal del proyecto.

Es necesario perfilar el proyecto desde el punto de vista técnico y desde el presupuesto para poder hacer una estimación favorable y atractiva para el cliente.

Los proyectos de iluminación vial suelen requerir luminarias con más garantía, y generalmente requieren luminarias con especificaciones técnicas más altas.

Por el contrario, proyectos como parques, senderos, conjuntos residenciales, comúnmente suelen priorizar los gastos de inversión, conservando la funcionalidad y sin bajar mucho la calidad.

Este punto es importante pues se determina en gran medida el presupuesto del proyecto.

Es importante elegir una luminaria que se acomode a los requerimientos técnicos exigidos mínimos y también a las particularidades del proyecto.

En mi experiencia, recomiendo siempre traer a consideración dos opciones, una opción “top” en especificaciones técnicas al mismo tiempo que una opción “versátil”, de modo que haya la opción de elegir según las prioridades del proyecto.

Este punto es el último y podría decirse que es opcional. Algunos proyectos exigen diseños de iluminación, lo cual es objeto de estudio de posgrados.

Otros por el contrario, solo solicitan sustitutos funcionales a sus necesidades actuales, por lo que no es necesario profundizar en este tema.

Si se desea ahondar en este tema, te recomiendo ver tutoriales en Youtube acerca del manejo de DIALux y archivos IES de cada luminaria. DIALux es un software gratuito para diseño de iluminación bastante práctico e intuitivo.

Aunque reitero, diseño de iluminación es un tema que es objeto de estudio de un posgrado, involucra mucho más que un simple cálculo en una pantalla.

Dicho lo anterior, revisemos los aspectos más relevantes para cada caso.

Importante determinar si se trata de un proyecto desde cero o si ya existe un sistema de iluminación.

Si ya existe el sistema partimos del supuesto de que la instalación actual es funcional y debemos enfocarnos en cuál es el objetivo del proyecto, si mejorar en algún aspecto puntual o solo cambiar de tecnología por ahorro en consumo, mantenimiento, etc.

Esto en gran medida nos dará una idea clara de lo que podemos ofrecer como solución. Existen muchas tablas en internet donde se compara las potencias lumínicas promedio de luminarias de otras tecnologías con luminarias LED.

De esta manera podemos tener una idea más clara si solo basta la sustitución o si se desea mejorar, desde el punto de vista lumínico o desde otro punto en especial.

El factor clave es poder tener acceso a las especificaciones técnicas de los sistemas actuales para que la propuesta de iluminación sea acorde con los requerimientos puntuales a que haya lugar.

Para proyectos que se inicien desde cero es bueno revisar detenidamente, apoyándonos de la información técnica disponible, para perfilar bien los requerimientos. Para de esta manera poder sugerir las luminarias que se adecúen mejor.

Para estos casos es bueno ahondar en las actividades a realizar en el sitio para consultar los requerimientos del RETILAP para estas actividades. Así tendremos una idea clara de a qué le debemos apuntar.

Existen fórmulas prácticas, muy simplificadas para estimar la cantidad de luminarias que se deben usar en un área para obtener determinada cantidad de luxes. Una muy común es la siguiente:

Las estimaciones cambian considerablemente si se trata de recintos cerrados o abiertos. Cuando se trata de recintos abiertos la luz se dispersa en el ambiente en gran medida.

Por el contrario, si se trata de recintos cerrados la luz se refleja en las superficies de pisos, techos, paredes y elementos de entorno, haciendo más fácil alcanzar mejores niveles de luxes.

Para determinar que potencia se requiere se puede apelar a la trigonometría básica para estimar el área de cobertura de la luminaria dependiendo de la altura a la que se haga la instalación y los lumen que me otorguen la luminaria.

Las luminarias pueden ser redondas, cuadradas o rectangulares:

• Si son redondas, existirá una sola apertura; con conocer el radio sabremos el área de cobertura.

• Si se trata de un cuadrado la apertura es una sola. Se calcula para un área cuadrada.

• Si se trata de luminarias rectangulares, es necesario conocer las aperturas a lo largo y a lo ancho por separado y calcular las dimensiones también por aparte. Se calcula para un área rectangular.

En alumbrado público generalmente las luminarias son rectangulares de modo que tienen una apertura más amplia sobre lo largo de la vía y más angosto sobre el ancho de esta.

Cabe destacar que es importante conocer también si se requiere iluminar no solo la vía si no otros espacios como ciclovías, senderos peatonales, vías secundarias, entre otros. Así también se puede estimar la distribución de las luminarias en el poste y las posiciones en las que se deben ubicar según lo estimado del proyecto.

Se debe tener en cuenta que entre más alta se instale una luminaria, mayor va a ser el área cubierta por esta, pero menor va a ser la cantidad de luxes que me aporta

Por este motivo es importante conocer los objetivos puntuales de cada proyecto ya que no todos los requerimientos de alumbrado púbico son iguales.

También es importante tener en cuenta la distancia entre postes y la distribución de luminarias, ya que de estos, dependerá la uniformidad de la luz en el proyecto.

Nuevamente, si es un proyecto de cero, evitar distancias muy amplias entre postes, comparadas con la altura de instalación, para evitar el efecto de cebra de algunas locaciones, que no es otra cosa que espacios notablemente más oscuros comparados con los puntos donde están instaladas las luminarias.

Si se trata de un proyecto existente, enfocarse en luminarias con aperturas similares a las actuales, de modo que las distancias actuales, sirvan también de manera funcional, al proyecto de sustitución.

Esta es quizá la parte más complicada pues de una correcta elección se llegará a una solución satisfactoria o si obligará a replantear cosas durante o incluso después de la ejecución del proyecto mismo, generando sobrecostos innecesarios y previsibles.

Para elegir una luminaria de alumbrado público LED debemos fijarnos en sus especificaciones técnicas y en la combinación de estas, basados en los requerimientos técnicos del proyecto. Repasemos estas características de interés que siempre vamos a encontrar en fichas técnicas de productos:

• Potencia de consumo nominal: Se mide en W, Watts o Vatios. Nos determina el consumo necesario de energía para que la luminaria de alumbrado público LED funcione correctamente.

• Potencia lumínica: Se mide en Lumen. Es una medida absoluta de la cantidad de luz que emite la luminaria de alumbrado público LED.

• Ángulo de apertura: Se mide en grados (°). Determina geométricamente como se proyecta la luz desde la luminaria hacia el plano de interés.

• Tipo de chip: Que tecnología usa, si usa chip COB (Obsoleto) o SMD. Hoy por hoy, todos los fabricantes de calidad usan chip LED SMD.

• Alimentación: Si tratamos con sistemas eléctricos que van fijados a la red eléctrica, nuestra luminaria debe trabajar dentro del rango de la red. Normalmente entre 100V y 240V. Pueden existir proyectos que requieran otros tipos de alimentación, incluso desde baterías con kit solar que aún son objeto de estudio por sus altísimos costos (hasta 15 veces su valor normal por luminaria).

• Fabricante del chip LED y del driver: No muy relevante, salvo que el proyecto exija alguno en especial. Si cumple con las especificaciones técnicas requeridas y está certificado con RETILAP basta.

• CRI: En luminarias de alumbrado público LED se busca un buen CRI que se considera aceptable para esta tecnología superior a 70.

• Color de luz: Determina el color de la luz emitida. Para exteriores hoy, el estándar internacional es luz blanca 5000K-6000K. Proyectos específicos pueden requerir luz cálida 2700K-3000K que se considera decorativa/arquitectónica. No es comercial en LED para alumbrado público.

• Grado de protección: Como todo circuito eléctrico, el agua, el polvo y los vapores lo afectan, por esto se requiere una protección para que las luminarias de alumbrado público puedan estar a la intemperie sin afectar su funcionamiento. Para exteriores se exige IP65 como mínimo.

• Vida útil: Nos determina el tiempo en el que la luminaria trabajará por encima del 70% de su valor inicial, que es cuando se recomienda su cambio. Es aceptable productos con mínimo 20.000 horas de vida útil, ideal productos con 50.000 horas de vida útil o más, certificadas.

• Garantía: Este es quizás uno de los más importantes. En promedio el RETILAP exige 10.000 horas de vida útil por cada año de operación. Por lo que mínimo para alumbrado público LED se aceptan 2 años de garantía. Ideal, 5 años de garantía o más.

• Factor de potencia: Determina el porcentaje de energía consumido que se convierte en luz. Para luminarias de alumbrado público LED se acepta que sea superior a 0,8 y lo más cercano a 1 posible.

• Eficiencia: Determina la cantidad de lúmenes que se producen por cada Watt consumido. Es el factor quizás más relevante a la hora de determinar la potencia lumínica real de la luminaria y su costo. Entre más alta mejor. Una eficiencia aceptable para alumbrado público LED debe estar por encima de 90 lumen/W.

Basados en estas características, desde mi experiencia en este tipo de proyectos, recomiendo considerar al menos dos opciones, una con especificaciones técnicas altas y otra no tan profesional pero con un precio más accesible.

En gran medida, los factores que más aumentan el costo de una luminaria de alumbrado público LED son la garantía y la eficiencia.

Esto es apenas lógico ya que ambos parámetros los determinan la calidad de los componentes electrónicos que se usen; entre más alta sea la calidad de estos, más alto es su precio.

Para que nos hagamos una idea, una luminaria con 5 años de garantía puede costar el doble o un poco más que una con dos años de garantía.

IMPORTANTE: la eficiencia. No es lo mismo una luminaria de 100W con eficiencia baja que una con alta eficiencia. Un ejemplo claro: si tiene eficiencia de 70 lúmenes por W, me dará 7.000 lúmenes, pero si tiene 120 lúmenes por W, me dará 12.000.

Las dos consumen lo mismo, pero una produce una potencia lumínica 70% más alta que la otra.

Este concepto es clave porque existe una convicción errónea de que el vatiaje (W) de una luminaria determina de manera absoluta la potencia lumínica de una luminaria. Esto no puede estar más alejado de la realidad.

Quien determina realmente la potencia lumínica de una luminaria es la EFICIENCIA, pues es quien define cuantos lúmenes produce el conjunto lumínico por cada Watt consumido.

Está claro que hay proyectos que no tienen muy en cuenta la eficiencia/lumen de la luminaria de alumbrado público LED pero en general es muy importante tenerlo en cuenta para poder saber que luminaria se va a instalar.

Con esto llegamos al final de esta guía básica para alumbrado público LED. Es posible que tengas que leer nuevamente algún apartado ya que es un tema bastante amplio por tratar.

Si decides ahondar en temas técnicos de alumbrado público LED te recomiendo buscar los capítulos correspondientes a este tema en el documento del RETILAP.

Recuerda que si requieres asistencia con un proyecto de Alumbrado Público LED, nosotros en DUMALUX somos expertos en el tema y ofrecemos asesoría gratuita para ayudarte a diseñar tu proyecto exitosamente.

Contáctate con nosotros y uno de nuestros representantes te ayudará al instante.

Espero que te haya sido de utilidad. Si leíste el documento a conciencia, a este punto, ya debes tener una noción de cómo trabajar con alumbrado público LED.