UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE ELÉCTRICA PROPUESTA DE AHORRO ENERGÉTICO Y MEJORA DE LA EFICIENCIA DEL SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO DEL MUNICIPIO DE SAN SALVADOR PRESENTADO POR: MERLOS ORTIZ, RUDY WILFREDO RODRÍGUEZ MOLINA, JUAN CARLOS PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO ELÉCTRICISTA ASESOR DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN ING. CARLOS ALBERTO NAJERA CIUDADELA DON BOSCO, SOYAPANGO 30 DE SEPTIEMBRE DE 2005 Contenido Página CAPITULO I INVESTIGACIÓN PRELIMINAR .............................................................................................. 6 1.01 Investigación de antecedentes y estado actual del sistema de alumbrado público................... 6 1.02 Determinación de la importancia y justificación de la investigación..................................... 19 1.03 Estudio, análisis de las condiciones financieras con la que opera el sistema de alumbrado público ............................................................................................................................................ 19 1.04 Objetivos, alcances y limitaciones de la investigación........................................................... 23 1.05 Levantamiento de casos de usos............................................................................................. 25 1.06 Búsqueda de tecnología apropiada para la propuesta, tomando en cuenta aspectos técnicos y económicos .................................................................................................................................. 34 CAPITULO II DISEÑO Y DESARROLLO........................................................................................................ 40 2.01 Diseño de la propuesta de Ahorro energético del Sistema de Alumbrado Público del Municipio de San Salvador ............................................................................................................ 40 2.02 Plan de puesta en marcha de la propuesta de ahorro energético del sistema de alumbrado público del Municipio de San Salvador.......................................................................................... 50 2.03Determinación de las propuestas óptimas desde los aspectos técnicos, económicos y sociales del Municipio de San Salvador. ........................................................................................ 53 2.04Diseño de la aplicación informática. ....................................................................................... 66 2.05 Determinación de la propuesta óptima de la aplicación informática...................................... 69 2.06 Desarrollo de la aplicación informática.................................................................................. 73 CAPITULO III IMPLEMENTACIÓN PRELIMINAR .................................................................................... 132 3.01 Análisis y resultado de la prueba de la propuesta de Ahorro energético del SAP del Municipio de San Salvador .......................................................................................................... 132 3.02 Análisis y resultado de la implementación preliminar de la aplicación informática........... 135 3.03 Conclusiones y recomendaciones de la investigación.......................................................... 137 2 ANEXOS ..................................................................................................................................... 144 A1 Conceptos básicos de Luminotecnia....................................................................................... 144 A2 Casos de Uso .......................................................................................................................... 150 A3 Alumbrado y Señalización para el Transporte, Comisión Internacional de Iluminación....... 152 A4 Procedimiento para determinar el nivel de iluminación del sistema de alumbrado público .. 176 A5 Datos técnicos de balastos de doble potencia ......................................................................... 178 A6 Datos técnicos de equipos para energía solar ......................................................................... 180 A7 Datos técnicos de lámparas..................................................................................................... 188 A8 Comandos y linea de código de la aplicación......................................................................... 191 A9 Fotografías de lámparas.......................................................................................................... 268 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 271 3 AGRADECIMIENTOS En primer lugar, Gracias a Dios todo poderoso por esto que nos ha dado, que es la capacidad de aprender y crecer. Siempre ayudándonos en los momentos mas críticos de nuestra carrera guiándonos y dándonos la sabiduría para superar todo exitosamente. Por esto y por muchas cosas más, gracias Señor. A nuestros padres por todo el esfuerzo que han hecho para que realicemos nuestros estudios, por su confianza, apoyo y todo el amor que siempre nos han dado. A Philips Lighting de El Salvador, por toda la información, observaciones, y asesorias que nos brindaron. A la Alcaldía Municipal de San Salvador (AMSS), por darnos la confianza y oportunidad de desarrollar este trabajo de graduación. Al Centro de Investigaciones y Transferencias Tecnológicas de la universidad Don Bosco ( CITT) por habernos permitido hacer uso de sus laboratorios. Al Ingeniero Carlos Alberto Nájera Pérez por su asesoria y orientación en el desarrollo de este trabajo de tesis que sin lugar a dudas no formará parte de un trabajo de biblioteca sino más bien, de una solución real y práctica. A todos muchas gracias. Rudy Wilfredo Merlos Ortiz Juan Carlos Rodríguez Molina 4 Prólogo Con el presente documento se busca crear un instrumento orientador para la Alcaldía del Municipio de San Salvador, con el fin de establecer un método sistematizado y ejecutable por etapas, de la modernización y mejora de la eficiencia del Sistema de Alumbrado Público de dicho Municipio. Para ello se plantea proponer una alternativa de modernización que contemple los siguientes aspectos como fundamentales y primordiales: Ahorro energético, una mínima inversión inicial, auto sostenible en el tiempo y desarrollable a mediano plazo. Además la eficiencia del Sistema de Alumbrado Público se buscará alcanzar con el buen y oportuno mantenimiento a los diferentes elementos electromagnéticos que componen a dicho Sistema. 5 CAPITULO I INVESTIGACIÓN PRELIMINAR 1.01 Investigación de antecedentes y estado actual del sistema de alumbrado público 1.01 1 Antecedentes En el año 1998, la Alcaldía Municipal de San Salvador inicia un proceso de mejora y cambio del sistema de alumbrado público, ya que se contaba con un promedio de 18,000 unidades y se estimaba que aproximadamente el 60% de estas unidades estaban en condiciones normales de funcionamiento1. Se estima que a razón del requerimiento de la ciudadanía, la tasa de crecimiento del alumbrado público es del 5% anual, desde el año 1999. Dentro del proceso de mejora y cambio del alumbrado público, se tomaron dos acciones primordiales: 1º. Poner en marcha un plan de emergencia, para llevar a un nivel aceptable mecánico y lumínico el mayor número posible de luminarias que se encontraban defectuosas en ese momento. En 1999 el Departamento de Electricidad, efectuaba en promedio 2.250 reparaciones mensuales, y presentaba un 10,0 % en deficiencia para solventar los servicios de mantenimiento del alumbrado público. 2º. Realizó acciones de modernización, que son: • Cambiar las luminarias convencionales de Vapor de Mercurio de Alta Presión por luminarias de Vapor de Sodio de Alta Presión, con el objeto de incrementar la luminosidad a un menor costo. • Tercerizar los servicios que ofrece la AMSS, entre ellos el mantenimiento al sistema de alumbrado público, con el objetivo de poder responder rápidamente a la demanda de los nuevos servicios de mantenimiento que se generen y de las necesidades de la ciudadanía. • Elaboración de manuales y mejora de seguimientos de control de los procesos del sistema de alumbrado público, con el objetivo de maximizar los recursos y minimizar las pérdidas en todo el proceso de mantenimiento. 1 Fuente de información, registros bibliográficos de AMSS. 6 El sistema de alumbrado público había sido atendido únicamente por el personal técnico del Departamento de electricidad de la AMSS. En el periodo de los años 2001-2002, la AMSS realizó un estudio de modernización del sistema de alumbrado público. Esta actividad fue financiada por el Gobierno de España, realizada por una compañía Española. Hasta la fecha, el estudio no ha podido ser puesto en marcha, ya que, las acciones propuestas por la empresa resultaron no viables económicamente para la Municipalidad, debido a que se requiere de una cuantiosa inversión inicial y sin ser desarrollable por etapas2. Dos de los mayores problemas que ha experimentado la AMSS, en el Departamento eléctrico en relación al alumbrado público son: No poseer un medio, que facilite el trabajo para de llevar de manera actualizada las Órdenes de Trabajo, la realización de los informes de mantenimiento, control de la calidad y eficacia del mantenimiento, estadísticos e historiales del sistema de alumbrado público. Falta de una estrategia de ahorro energético, que permita ser ejecutada por etapas, contemple la modernización y el ahorro económico del alumbrado público. 1.01 2 El Departamento Eléctrico. El departamento de electricidad depende directamente de la Gerencia de Renovación Urbana, la cual tiene como función básica planificar con base a las necesidades de la población de barrios existentes y de comunidades del Municipio de San Salvador, la construcción y reconstrucción de infraestructuras eléctricas y servicios que mejoren la calidad de vida del Municipio. La función básica del departamento de Electricidad, consiste en brindar un apoyo logístico y operativo a la Gerencia de Renovación Urbana, en cuanto a planificar, controlar y dirigir actividades de instalación y mantenimiento correctivo a la infraestructura eléctrica de todo el Municipio de San Salvador, así como actividades de atención de quejas del público por mal servicio o por necesidades de sistema de alumbrado público que se presenta. 2 La propuesta presentada por la empresa española, esta formada por dos tomos de aproximadamente 500 paginas cada uno. Estos tomos se encuentran en las oficinas del Departamento eléctrico de la AMSS. 7 Organigrama del departamento eléctrico de la AMSS Jefe de Departamento eléctrico Supervisor de cuadrilla Supervisor de cuadrilla Supervisor de cuadrilla Colaborador técnico Supervisor de cuadrilla Inspectores de distritos Ordenanza Secretaria Electricista/ Auxiliar electricista Electricista/ Auxiliar electricista Electricista/ Auxiliar electricista Electricista/ Auxiliar electricista Como se muestra en el organigrama anterior, el departamento eléctrico cuenta únicamente con 16 personas que ejecutan los trabajos de electricidad; ubicados en cuatro cuadrillas, cada cuadrilla posee, 1 electricista y 3 auxiliares de electricista, que se dedican a mantener y montar todas las diferentes infraestructuras eléctricas que la comuna capitalina demanda, esto va desde el mantenimiento de los edificios y oficinas administrativas, instalación de acometidas y tendido secundario en barrios pobres, decoración y mantenimiento de los parques, monumentos, mantenimiento al alumbrado público e instalaciones eléctricas nuevas que los ciudadanos demandan. El resto del personal ejecutada actividades administrativas. El poco personal y la alta demanda de necesidades, han hecho ver ineficiente al departamento eléctrico de la AMSS, y es por ello que se vio obligada a concesionar parte del mantenimiento del sistema de alumbrado público. Dejando únicamente a control del departamento eléctrico el mantenimiento del sistema de alumbrado público el área del Distrito Histórico, esto debido a que la AMSS cuenta con un camión con canasta hidráulica, lo que facilita las diferentes operaciones 8 que se debe hacer en tan congestionado área por él sin fin número de cables aéreos que se encuentran en dicha región. La concesión del mantenimiento de alumbrado público, la AMSS, lo lleva acabo por procedimiento interno basado en la ley de adquisiciones y contrataciones de la administración pública, de El Salvador3 . El número de empresas que han participado hasta la fecha ha sido de no más de cuatro por cada año. A continuación se explica el procedimiento que lleva la puesta en marcha del mantenimiento al sistema de alumbrado público en coordinación con el departamento eléctrico y las empresas. El jefe del Departamento Eléctrico es el responsable de recolectar toda la información que proviene de los informes de los inspectores de los siete Distritos, para elaborar las órdenes de mantenimiento y luego ser distribuidas a las empresas que realizan está acción. El proceso completo es el siguiente: Inicio Informe del inspector de Distrito Levantamiento de campo del estado actual de las lámparas de cada distrito. Evaluación del informe del inspector de cada Distrito Informe y solicitud de mantenimiento a las empresas de las lámparas identificadas como defectuosas Realización del mantenimiento del alumbrado público Informe de mantenimiento realizado a las lámparas identificadas como defectuosas Fin 3 Para mayor detalle sobre la ley de adquisiciones y contrataciones de la administración pública, ver la siguientes dirección electrónica http://www.igd.gob.sv/LeyesNormas/leyes/LAdquContr.pdf (archivo en formato pdf). 9 Cada semana se realiza un levantamiento del mal estado de las lámparas, esto se realiza en horas nocturnas y lo realiza cada inspector de Distrito. El inspector elabora un informe para el jefe de Departamento Eléctrico. El jefe de Departamento Eléctrico, elabora un informe a cada empresa contratista. La empresa contratista se encarga de hacer el recorrido y repara las lámparas de inmediato. Para liquidar los gastos, las empresas presentan su reporte al jefe de Departamento Eléctrico. 1.01 3 Estado Actual A. Muestreo estadístico Para poder determinar el estado actual del sistema de alumbrado público de San Salvador se realizo una muestra probabilística de dicho sistema. Partiendo de un universo conformado por 21.440 lámparas, utilizando un error estándar de 1% y el 90% de confiabilidad, se obtuvo un tamaño de muestra de 866 lámparas que representan al universo total del sistema de alumbrado público. Tipo de lámpara Cantidad HM 250 W 98 HM 500 W 11 Incandescentes 100 Mercurio 175 W 11.848 Mercurio 250 W 130 Mercurio 400W 7 Sodio 100 W 4.390 Sodio 250 W 4.572 Sodio 400 W 284 TOTAL 21.440 Los parámetros a monitorear de cada lámpara, fueron los siguientes: • Tipo de luminaria. Se refiere al sistema de operación de cada lámpara, Vapor de Mercurio de Alta Presión, Vapor de Sodio de Alta Presión o haluro metálico. 10 • Estado actual de funcionamiento. Si se encontraba operando adecuadamente, o si estaba fuera de su operación normal, tal es el caso que si estaba encendida de día o apagada de noche. • El tipo de estructura en la que estaba instalada. Si el poste pertenece a la Municipalidad o a las empresas distribuidoras de energía eléctrica. • Altura de montaje. Es un estimado de la altura a la cual cada lámpara esta montada; la distancia medida va desde la calzada hasta el bombillo. • Tamaño del brazo. Es un estimado del largo del brazado a la cual cada lámpara esta montada; la distancia medida va desde el poste hasta el punto medio de la lámpara. • La configuración lumínica de cada lámpara. Esto se refiere a que si pertenece a la configuración de tres bolillos, lateral o frontal. Así mismo las distancias entre cada una de ellas. • Ancho de la calle o avenida a la que la luminaria ilumina. • Cantidad de lux de cada luminaria. Para el análisis de los datos y parámetros luminotécnicos, se han seleccionado determinadas áreas que corresponden con los cinco perfiles típicos de ciudad y que son: Zonas Cantidad de luminarias censadas Centro histórico y comercial 170 unidades Trafico intenso vehicular 170 unidades Residencial, alto poder adquisitivo 188 unidades Residencial, bajo poder adquisitivo (comunidades) 150 unidades Industria 188 unidades De estas zonas, se han seleccionado diversas calles y avenidas, a las que se les ha hecho el estudio con los datos y parámetros luminotécnicos mencionados anteriormente. Los resultados obtenidos son extensibles para el resto de la ciudad, con solo acomodar la zona a cualquiera de estos perfiles típicos. Las calles seleccionadas para realizar el estudio fueron los siguientes: 11 B. Resultado del muestreo estadístico El Municipio de San Salvador cuenta con un Sistema de Alumbrado Público, que consta de un aproximado de 21.440 unidades de los cuales el 55,48 % son de Vapor de Mercurio de Alta Presión, 43,56 % son de Vapor de Sodio de Alta Presión y el resto son tanto incandescentes como de Haluro metálico. Zonas Calle/Avenida Centro histórico y comercial Tráfico intenso vehicular Residencial, alto poder adquisitivo Residencial, bajo poder adquisitivo Industria Paseo General Escalón X X Alameda Roosevelt X X Calle Rubén Darío X X X 2 Calle Oriente X X X X Alameda Juan Pablo II X X X X Colonia la Cima (todas las etapas) X X Boulevar Venezuela (entre barrio San Esteban y Avenida Peralta) X X X Porcentaje de tipos de lámparas existentes San Salvador 2004 Gráfica 1 Mercurio 400W 0,03% Sodio 400 W 1,35% Sodio 250 W 21,73% Sodio 100 W 20,48% HM 250 W 0,47% HM 500 W 0,05% Mercurio 250 W 0,19% Mercurio 175 W 55,26% Incandecentes 0,48% En la siguiente gráfica 1, se observa que el sistema de Vapor de Mercurio de Alta Presión presenta una mayor proporción en sistema alumbrado público. Esta mayor presencia del Vapor de Mercurio de Alta Presión, ha llevado a que la AMSS cancele un alto coste de energía por un sistema altamente ineficiente en relación con la potencia lumínica que ofrece toda luminaria de Vapor de Mercurio de Alta Presión. Cabe mencionar que el sistema de Vapor de Sodio de Alta 12 Alta Presión, empieza a ganar una mayor presencia dentro de la gráfica 1, ya que como iniciativa de la AMSS, se ha incrementado desde el año 2.000 un promedio de mil lámparas por año, disminuyendo así la tasa de luminarias de Vapor de Mercurio de Alta Presión. Para el año 2003, el sistema de Vapor de Mercurio de Alta Presión representaba casi un 65%, comparado con lo que representa actualmente a un 55%, hace notar que ha bajado 10 puntos porcentuales en dos años. En un 90% de la muestra, las lámparas se encuentran ubicadas en postes de concretos y el resto en tubos de aluminio o de hierro decorativo, tipo báculos. Aproximadamente el 96% de las lámparas ubicadas en postes de concretos, se encuentran en estructuras que pertenecen a las compañías distribuidoras de energía eléctrica; y el 4% de éstas se encuentran en estructuras que le pertenecen a la Municipalidad. La altura de la ubicación de lámpara respecto al suelo varía 6,45 metros a 5,25 metros desde el suelo hasta el centro del bombillo. Altura de lámparas de Mercurio 175W y 250W San Salvador 2004 Gráfica 2 A 6,4 6,5 5,2 6,2 6,2 6,56,5 6,2 6,2 7,0 6,7 7,06,76,7 6,0 5,7 5,7 6,0 5,7 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 M 175 Tres bolillo M175 Lateral M250 Lateral M175 Frontal M250 Frontal Configuración lumínica m et ro s Promedio Muestra Prom. Fabricante Desv. Máxima Desv. Mínima En la gráfica 2 A, se presentan las diferentes altura promedios encontradas durante el muestro de las lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión (175 y 250 watts), que están instaladas en el sistema de alumbrado público. El promedio, la desviación máxima y mínima se refiere a los datos que los diferentes fabricantes de lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión proporcionan como idóneas para un buen aprovechamiento de la iluminación del artefacto. En la gráfica se observa que las lámparas 175W en la configuración lateral, se encuentran por debajo del nivel de altura mínimo aceptable; esta configuración representa un 30,61% del sistema de alumbrado público. 13 Altura de lámparas de Sodio 100W, 250W y 400W San Salvador 2004 Gráfica 2 B 7,0 6,5 6,5 6,0 6,5 5,9 6,5 6,16,46,2 5,3 5,9 6,0 7,0 6,5 6,0 6,5 6,0 7,0 7,0 6,5 6,0 5,5 5,5 6,5 5,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 S100 Tres bolillo S250 Tres bolillo S100 Lateral S250 Lateral S400 Frontal S100 Frontal S250 Frontal Configuración lumínica m et ro s Promedio Muestra Prom. Fabricante Desv. Máxima Desv. Mínima En la gráfica 2 B, se presentan las diferentes altura promedios encontradas durante el muestro de las lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión (100, 250 y 400 watts), que están instaladas en el sistema de alumbrado público. El promedio, la desviación máxima y mínima se refiere a los datos que los diferentes fabricantes de lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión proporcionan como idóneas para un buen aprovechamiento de la iluminación del artefacto. En dicha gráfica se observa que las lámparas de 100W en la configuración lateral, se encuentra por debajo del nivel de altura mínimo aceptable; esta configuración representa un 18,62% del sistema de alumbrado público. Existen cuatro puntos dentro de la gráfica, que levemente se acercan al nivel mínimo aceptable, causando una gran uniformidad de las alturas de las lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión en todo el sistema de alumbrado público; muchas de estas variaciones responden a la saturación de conductores que posee cada poste, lo que limita que las lámparas se encuentren en una altura no uniforme y de acorde a lo establecido por cada fabricante de luminaria. Las configuraciones lumínicas más representativas en San Salvador son: Tres bolillos, Lateral y Frontal. El 26% del alumbrado público se encuentra en tres bolillos; el 69% en configuración lateral y el 5% en frontal. La distribución lumínica según el tipo de lámpara se representa en la gráfica 3; la que muestra que las lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión de 175 watts son las que se encuentran con el mayor porcentaje de 31% en una configuración lateral. Cabe mencionar que el sistema de lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión de 175, son las utilizadas por la comuna en lugares más transitados por peatones y vehículos. El sistema tres 14 bolillos es el menos utilizado; contrario a las recomendaciones internacionales de CIE (29.2 1986 y 115 1995) en donde establece que los parámetros habituales de diseño están basados en estudios de confiabilidad y confort visual, estos últimos empleando escalas subjetivas, obteniéndose de una mayor manera en aquellas configuraciones lumínicas de tres bolillos. La mayor presencia de la configuración lateral, se debe a la distribución actual de las estructuras en que están montadas las lámparas, ya que en su mayoría son utilizadas las estructuras de las distribuidoras y éstas se encuentran a un lado de toda la calzada. El sistema tres bolillo, existe en aquellos lugares que la Municipalidad de San Salvador ha colocado su propia estructura o que por casualidad exista otra en ese lugar. Configuración lumínica del alumbrado público San Salvador 2004 Gráfica 3 S 400W 7% S 250W 6,78% S 250W 22% S 250W 5% M 175W 31% S 100W 9% S 100W 18,67% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% Tres Bolillos Lateral Frontal Se estima que un porcentaje menor que la mitad del sistema de alumbrado público, recibe un adecuado mantenimiento anualmente. Para el periodo de los años 2.003-2.004 participaron cuatro empresas privadas que se dedicaron a realizar el mantenimiento del alumbrado público. Debido al sistema de contrataciones de estas empresas, solamente se pudo realizar los mantenimientos en 60% del tiempo estipulado; creando así una ineficiencia y mantenimiento acumulado que impacta directamente en el funcionamiento y operación del sistema de alumbrado público. Se ha determinado que el 7% del alumbrado público se encuentra encendido durante el día; esto es más notorio en las lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión de 175W y las de Vapor de Sodio 15 de Alta Presión de 250W. El 12% del sistema de alumbrado público no enciende durante la noche o tiene problema (más del 80% del tiempo de operación pasa apagada durante la noche). Los valores luminotécnicos principales obtenidos durante el muestreo, son los siguientes: ILUMINANCIA4 LUMINANCIA5 Lugar de prueba Mínim a (lux) Mínim a CIE Media (lux) Media CIE Máxima (lux) Media (cd/lm2) Media CIE Uo (Lmin /Lm) Uo CIE UL (Lmin/ Lmax) UL CIE Paseo General Escalón (residencial) 1,50 1,5 - 2,0 10,25 7,5 - 8,0 68,00 1,10 0,75 0,10 0,40 0,10 0,40 Paseo General Escalón (comercial y tráfico intenso vehicular) 1,40 7,5 - 10,0 27,40 20,0 - 25,0 69,00 1,12 2,00 0,11 0,40 0,15 0,70 Alameda Roosevelt (comercial y tráfico intenso vehicular) 1,20 7,5 - 10,0 22,65 20,0 - 25,0 72,00 1,45 2,00 0,15 0,40 0,70 0,70 Calle Rubén Darío (Centro histórico e industria) 1,80 7,5 - 10,0 11,03 20,0 - 25,0 54,00 1,70 1,50 0.13 0,40 0,70 0,70 2 Calle Oriente (Centro histórico y residencial) 1,70 7,5 - 10 16,78 20,0 - 25,0 69,00 1,10 1,00 0,02 0,40 0,70 0,50 Alameda Juan Pablo II (trafico intenso vehicular e industria) 1,50 7,5 - 10 19,00 20,0 - 25,0 124,00 1,80 2,00 0,40 0,40 0,70 0,70 Colonia la Cima (residencial, parte I) 1,10 1,0 - 2,0 5,24 5,00 98,00 1,20 0,75 0,12 0,40 0,50 0,40 Colonia la Cima (residencial, parte II) 1,00 1,0 - 2,0 6,31 5,00 27,00 1,40 0,75 0,24 0,40 0,60 0,40 Boulevar Venezuela (residencial, industrial y trafico intenso vehicular) 1,35 1,5 - 2,0 13,27 7,5 - 8,0 25,00 0,30 1,50 0,16 0,40 0,40 0,70 Estos valores corresponden al paso vehicular y peatonal. Teniendo un 90% a 95% de la iluminación de la lámpara sobre el paso vehicular y un 10% a 5% de la iluminación de la misma 4 La iluminancia de un punto se define como la relación entre el flujo luminoso incidente sobre un elemento infinitesimal de superficie que contiene el punto considerado y la superficie de dicho elemento. Si la superficie está uniformemente iluminada, esto es, el flujo es uniforme y esta uniformemente repartido, entonces la iluminancia de todos los puntos será la relación directa entre el flujo y la superficie. 5 La luminancia de un punto de pavimento, entendida como la densidad de intensidad luminosa reflejada por dicho pavimento en una dirección determinada (dirección del observador), se puede definir como la intensidad luminosa por unidad de superficie reflejada por este pavimento en la dirección del ojo del observador. Como criterios de calidad y evaluación de la uniformidad de la iluminación en la vía se analizan el rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad U0 y la comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad UL (medido a lo largo de la línea central de la calzada). 16 lámpara sobre el paso peatonal. Realmente los diseños que presenta el sistema de alumbrado público desfavorecen la iluminación al paso peatonal, ya que en su mayoría, la función que se busca de cada artefacto lumínico es alumbrar el paso vehicular. C. Análisis y recomendaciones del resultado del muestreo estadístico • Que el sistema de alumbrado público tenga una mayor presencia de lámparas de Vapor de Mercurio de Alta Presión, lo hace crítico y vulnerable; dado que el Mercurio es menos ineficiente y se tiene una mayor perdida del dinero en relación a la potencia luminosa efectiva proporcionada por el artefacto. En una comparación breve y rápida las lámparas de Vapor de Mercurio tienen una eficacia luminosa de 36 a 52 lúmenes por watts, con un promedio de temperatura de color6 de 4.000ºK; mientras que las lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión tienen una eficacia de 82 a 120 lúmenes por watts, con un promedio de temperatura de color de 2.200ºK. Los rangos de comparación han sido de 50 a 1.000 watts de potencia eléctrica. • En un 90% las lámparas del alumbrado público son utilizadas para alumbrar el paso vehicular y peatonal al mismo tiempo; creando así un pobre sistema de iluminación, ya que se debe definir y detallar los verdaderos usuarios del sistema de alumbrado público (peatonal, vehicular y/o mixto). Por tratar de iluminar el paso de peatones y vehículos, se ha optado por una mala práctica de instalación de las lámparas, ya que los soportes de estas conocido como brazos, en su mayoría son cortos y no se encuentran formando los ángulos (0º a 15º respecto a la horizontal) que los fabricantes proporcionan para el adecuado funcionamiento de los artefactos luminosos. • Por mala práctica se instala una lámpara si existe realmente ya una estructura para el sostén de dicha lámpara. Esto ha hecho que no halla una uniformidad en la configuración lumínica del alumbrado público, causando así: • Una mala distribución del sistema de alumbrado público lo que genera perdidas lumínicas. 6 Temperatura del Color, se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de esta con el color del cuerpo negro a una determinada temperatura 17 • Las lámparas se encuentran en diferentes alturas, dado a que es la lámpara la que se adapta a la estructura y en raros casos, se coloca primero una estructura para lámparas y luego es utilizada para el sistema de distribución de energía. • La configuración lumínica más usada dentro de la ciudad es la lateral y se debería utilizar solamente en aquellos casos en los que el ancho de la vía es igual o inferior a la altura de montaje de las luminarias. La configuración tres bolillos se debería emplear principalmente en aquellos casos en los que el ancho de la vía es de 1 a 1,5 veces la altura de montaje. Está disposición proporcionada por estudios luminotécnicos, no se practican en San Salvador, ya que se carece de un previo estudio arquitectónico y eléctrico antes de instalar una luminaria nueva. • La falta de mantenimiento reduce también la calidad de los servicios afectando la seguridad y la imagen ciudadana, con el potencial aumento del riesgo de accidentes y la aparición de un foco de problemas jurídicos (vandalismo y delincuencia). • Los valores luminotécnicos obtenidos durante el muestreo, reflejan que San Salvador ha carecido de una planificación y diseño luminotécnico en lo que se refiere al alumbrado público. Que una parte de la arteria se encuentre dentro de los valores que CIE sugiere, mientras que en otra parte de la misma no alcanza o sobre pasa estos valores, genera una defectuosa uniformidad visual durante la noche, causando fatiga visual a todos los transeúntes tanto peatonales como motorizados. No se ha tomado en cuenta, la iluminación que ofrecen los comercios o residencias, las cuales pueden ser aprovechadas para el plan de ahorro energético del alumbrado público. La geometría, el ínter distancia y las alturas de las luminarias, son factores claves para alcanzar niveles de iluminación óptimos y que permitan iluminar las calles con la mínima cantidad de lámparas posibles. • Un factor que ha servido para obtener estos resultados fuera de estándares, es el que, se instalen luminarias donde exista primero una infraestructura, ya sea Municipal o Privada. Obligando así al sistema de alumbrado público, a perder su verdadera función principal, alumbrar y disminuir las zonas inseguras. Esto cada día es más notorio, ya que de todas las lámparas censadas en las muestra, solo el 4% de estas se encontraban en una infraestructura de la Municipalidad, lo que demuestra que la mayor parte de las luminarias no esta en su correcto lugar, ya que se limita a la distancia de los vanos de los conductores del sistema de distribución de energía eléctrica. 18 1.02 Determinación de la importancia y justificación de la investigación La funcionalidad del sistema de alumbrado público del Municipio de San Salvador puede ser garantizada con un alto nivel de iluminación, sin embargo esto determina un elevado consumo energético, lo cual, hace necesario establecer una escala de niveles acorde a la exigencia visual y a las características de la zona a iluminar, proporcionando en cada caso una iluminación adecuada pero no excesiva ni pobre. Es decir proveer las condiciones de iluminación apropiadas que satisfagan aspectos fundamentales y de confort de los usuarios a un costo razonable. Las condiciones deberán mantenerse durante el tiempo de vida de las instalaciones. Lo importante no es el flujo luminoso recibido por la calzada, sino el flujo que cada punto de la misma ofrece a la retina del observador, es decir, la luminancia y los deslumbramientos tal como se dispone en la publicación del CIE (Comisión Internacional de Iluminación). Ver anexo A3,en la página 152. El alumbrado público es un servicio que frecuentemente no es valorado, hasta que se experimenta su ausencia o se observa una reducción gradual de su presentación, lo cual es menos frecuente debido a que el impacto visual es relativo. Ocurre que las instalaciones de alumbrado no son estructuras rígidas; por el contrario tienen un carácter dinámico en su labor y requieren de cuidado para garantizar su correcto funcionamiento. Generalmente el condicionamiento principal de la modernización del alumbrado público es la eficacia lumínica (lúmenes/watts), no obstante no siempre es posible efectuar una decisión basada únicamente en este aspecto, ya que se debe tomar en cuenta el balance económico comparativo entre el costo de la fuente de iluminación incluyendo el de todo los elementos necesarios para la instalación y mantenimiento, costo de reparación, costo de consumo energético. 1.03 Estudio, análisis de las condiciones financieras con la que opera el sistema de alumbrado público La Municipalidad de San Salvador, tiene como entrada de ingresos, las tasas e impuestos municipales. Las tasas se refieren a la estimación del valor de un bien o de un servicio que brinda la alcaldía hacia la población, por otra parte impuestos se refiere al tributo que se exige en 19 función de la capacidad económica de los obligados a su pago, por una acción demandada a la Municipalidad. El cobro del alumbrado público es una tasa municipal, que la Alcaldía colecta por los sistemas de iluminación cuyo objetivo es proporcionar condiciones de iluminación para el tránsito seguro de peatones y vehículos en vialidades y espacios de circulación, así como los sistemas de iluminación ubicados en el exterior de inmuebles, que tienen como finalidad resaltar su entorno durante la noche, la textura y/o la forma del área, estructura o monumento, favoreciendo así las condiciones de seguridad y estéticas del lugar. La tasa por servicio de alumbrado público es función del número de metros lineales del frente del inmueble y del tipo de luminaria7. A. Ingresos por alumbrado público Por política interna, la Alcaldía de San Salvador no dio información detallada de la cantidad exacta percibida por la tasa de alumbrado público; lo que limita a la investigación y análisis de los ingresos. El porcentaje de participación del alumbrado público, en los ingresos percibidos por la recaudación de tasas y derechos, es de aproximadamente el 20,78%. En la gráfica 4, se puede observar el comportamiento de los ingresos percibidos durante los años fiscales entre 1.998 y 2.004. Para los años 1.998 hasta 2.002 se ha tomado del informe anual financiero que presenta la Municipalidad8. Para el año 2.003 y 2.004 es una tendencia, referente al comportamiento experimentado de la recaudación de la tasa de alumbrado público en los años anteriores. Ingresos percibidos por tasas de alumbradro público Alcaldía de San Salvador Gráfica 4 0,13 1,13 2,13 3,13 4,13 5,13 6,13 M ill on es AP $2.163.000,00 $3.486.000,00 $3.801.000,00 $4.053.000,00 $4.619.357,40 $5.500.000,00 $5.600.000,00 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 7 Tomado de “La tarifa de Arbitrios de la Municipalidad de San Salvador”. 8 http://www.amss.gob.sv/pages/informes 20 B. Egresos por alumbrado público Los egresos por alumbrado público se pueden dividir en dos grandes rubros: Pago a las distribuidoras de energía eléctrica. (No se muestra los costos por energía ni las tarifas de la SIGET Costes de operatividad. Los pagos a las distribuidoras de energía eléctrica, se basan en la “Normativa para la facturación del servicio de alumbrado público”, aprobada desde septiembre 2.002 por la SIGET. Las compañías eléctricas que ofertan sus servicios a la Municipalidad de San Salvador son: la Compañía de Alumbrado Eléctrico de San Salvador (CAESS) y del SUR, S.A. Los costes por operatividad, se refiere al pago del salarios del personal del departamento de electricidad de la Alcaldía de San Salvador, pago a las empresas que realizan el mantenimiento, compra de equipo, herramientas y materiales que intervienen en el mantenimiento del alumbrado público, así como combustible utilizado por el camión grúa y el de las motocicletas de los inspectores de distritos, que utilizan para determinar las lámparas con problemas de mal funcionamiento. A todo esto se agrega el 25% de costes indirectos, que representa todo aquel rubro que de manera indirecta interviene en el mantenimiento del alumbrado público, entre esta la papelería del departamento eléctrico, depreciación de equipos y herramientas de uso del departamento eléctrico, sueldo porcentual y papelería de departamentos que intervienen en el Egresos percibidos por tasas de alumbradro público Alcaldía de San Salvador Gráfica 5 0,30 1,30 2,30 3,30 4,30 5,30 M ill on es AP $2.739.500,00 $2.915.726,65 $3.417.356,50 $3.946.384,76 2001 2002 2003 2004 21 mantenimiento (UACI, Tesorería, Gerencia de Renovación Urbana). Dado a la reserva presentada por la Alcaldía de San Salvador, en brindar la información oportuna y precisa, se ha realizado una estimación de los egresos de los cuatro años, los que se presentan en la gráfica 5. La fuente de información, para obtener esta estimación ha sido los pagos y gastos que el departamento de electricidad de la Alcaldía registra en sus informes. El incremento de los costos se refiere al aumento de la demanda de la ciudadanía por el alumbrado público. Egresos vrs Ingresos de tasa de alumbradro público Alcaldía de San Salvador Gráfica 6 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 % 67,59% 63,12% 62,13% 70,47% 2001 2002 2003 2004 En la gráfica 6, se observa la efectividad del rendimiento de lo invertido en mantenimiento y mejora del alumbrado público, contra lo recolectado por la tasa de alumbrado público. En el año 2.001, la inversión era menor y el gasto la mitad de éste. Para los dos años siguientes se ha invertido más, debido a la extensión de nuevos circuitos del alumbrado público obligando así disminuir el rendimiento de la inversión, para el año 2.004, la inversión se refiere en gran parte a los pagos de consumo de energía eléctrica del alumbrado público. Lo que permite nuevamente pensar en una nueva inversión en el alumbrado público. La liquides reflejada en la gráfica 6, puede ser relativa hasta cierto punto, ya que el mal que adolecen en su mayoría los gobiernos municipales del país, es la inadecuada administración y destinación de los fondos recolectados, así como el uso de los ingresos para el pago de los endeudamientos de los préstamos pasados, hechos para apaliar la falta de recurso económico. Por otro lado la Municipalidad de San Salvador, reúne y contabiliza, todo los ingresos en una sola partida contable, limitando así la autonomía de cada departamento. En consecuencia de esta 22 práctica, se tienen departamentos de la Alcaldía, con poca capacidad y recursos técnicos para solventar sus demandas ciudadanas o para realizar mejoras a sus funciones, tal es el caso del departamento de electricidad. 1.04 Objetivos, alcances y limitaciones de la investigación Objetivo general: • Presentar una propuesta de modernización del Sistema de Alumbrado Público, del Municipio de San Salvador, utilizando tecnología apropiada, que conlleve a la mejora y eficiencia de dicho Sistema, aplicando los conocimientos de ingeniería eléctrica tales como, luminotecnia y ahorro energético. Objetivo específicos: • Definir una propuesta de solución para el ahorro energético en el sistema del alumbrado público del Municipio de San Salvador, siendo, sistematizada y realizable por etapas a un mediano plazo. • Realizar una aplicación informática (software) que permita a la Alcaldía del Municipio de San Salvador, mejorar la eficiencia y llevar un mayor control del mantenimiento al sistema de alumbrado público. Alcance del trabajo: • El actual trabajo de graduación presenta, un estudio por escrito de una propuesta técnica, que sirva como instrumento orientador del ahorro energético del sistema de alumbrado publico del Municipio de San Salvador, teniendo en cuenta la viabilidad y factibilidad económica y técnica, para la implementación de ésta. El diseño, desarrollo e implementación de una aplicación informática (software) que permitirá mejorar la 23 eficiencia del sistema9 de alumbrado público del Municipio de San Salvador, mediante un mayor control del mantenimiento. Limitaciones del trabajo: • En el trabajo de graduación no se han desarrollado procedimientos, manuales, ni registros de calidad de mantenimiento, ya que, la AMSS concesiona el mantenimiento del sistema de alumbrado público a diferentes empresas, y estas tienen sus propios criterios y normas. Actualmente la AMSS posee sus propios Manuales de Procesos para el control del mantenimiento del sistema de alumbrado público. • La propuesta técnica a desarrollar no implica la implementación de ésta, ya que esta sujeta a los recursos y disponibilidad oportuna, que posee la AMSS. Así como alimentación y actualización de la aplicación informática, será realizado por el personal técnico de la AMSS. • El presente trabajo no incluye ninguna elaboración ni diseño de plano del Municipio de San Salvador; ya que esto implicaría una inversión de tiempo adicional y recursos extras. • El presente trabajo no se enfocará en la determinación y actualización de tasas municipales de Alumbrado Público. • No se tomarán en cuenta las plazas ni los parques que se encuentran dentro del Municipio de San Salvador, ya que estos han sido remodelados actualmente por un convenio entre las autoridades Municipales y la empresa privada. De igual manera han establecido el mecanismo del mantenimiento de estas áreas. • La puesta en marcha y la continuidad de la propuesta es de responsabilidad absoluta de las autoridades municipales de la Alcaldía de San Salvador. Quedando claro, que el grado de interés que posea cualquier gobierno local por continuar con obras o iniciativas de los gobiernos locales anteriores queda fuera del alcance del desarrollo del trabajo realizado en este documento. 9 La eficiencia del sistema, se medirá en relación del tiempo de respuesta del proceso completo del mantenimiento, que parte desde la queja del ciudadano por falta o fallo de una luminaria, hasta que ésta se encuentre nuevamente en operación, así como de la calidad de los repuestos utilizados en el mantenimiento correctivo. 24 1.05 Levantamiento de casos de usos La técnica de casos de usos ha sido utilizada, para estructurar y ordenar las actividades que cada actor realiza y ejecuta, relacionado al mantenimiento del sistema de alumbrado público de la Alcaldía de San Salvador. Para mayor detalle sobre los casos de usos véase anexo A2 Casos de Uso. La metodología usada para determinar los casos de usos del mantenimiento eléctrico del sistema de alumbrado público, fue primero identificar los posibles actores, segundo realizar con ellos entrevistas de sus actividades concernientes al mantenimiento del alumbrado público, tercero plasmar los resultados obtenidos y comparación con el manual de procedimientos del mantenimiento de alumbrado público de la AMSS. Resultados obtenidos: Departamento: Mantenimiento eléctrico de la Alcaldía Municipal de San Salvador. Actores directos identificados: electricistas, auxiliares de electricistas, supervisores de cuadrillas, auxiliar técnico, diseñador eléctrico, bodeguero, secretaria del departamento eléctrico, jefe de departamento eléctrico, inspectores técnicos. Actores indirectos: usuarios del sistema de alumbrado público. Actividades identificadas: Puesta en marcha del mantenimiento al sistema de alumbrado público. Compra e ingreso de materiales de bodega. Devolución de materiales eléctricos no usados e inservibles. Facturación y liquidación de trabajos de mantenimiento realizados. Historiales del mantenimiento del SAP. Informes técnicos del SAP. MAP001. Puesta en marcha del mantenimiento al sistema de alumbrado público. Descripción. Permite realizar el mantenimiento correctivo y preventivo al sistema de alumbrado público. 25 Actores. Usuarios del sistema de alumbrado público, inspectores técnicos, jefe de departamento eléctrico, secretaria, bodeguero, auxiliar técnico, supervisor de cuadrilla, electricista y auxiliar electricista. Prerrequisito Que el usuario del sistema de alumbrado público notifique verbal o por escrito, del mal estado o desperfecto del funcionamiento del alumbrado público. Que los inspectores técnicos tengan identificadas y actualizadas las fallas por distrito del sistema de alumbrado público. Que la bodega cuente con los materiales disponibles para los mantenimientos a realizar. Flujo Normal El inspector técnico, ingresa a la opción de Denuncia y Fallas del SAP. El inspector técnico ingresa el código de la luminaria, falla y fecha de la denuncia. El inspector técnico guarda la información ingresada. El sistema muestra una hoja con los siguientes campos llenos: Número correlativo de la denuncia Código y descripción de la luminaria Falla de la luminaria Fecha de la denuncia Nombre del inspector técnico El inspector técnico ingresa a la opción Historial \ Fallas y Denuncias, e imprime las denuncias hechas durante la última semana. El inspector técnico envía un consolidado en físico de las denuncias y fallas hechas por él, durante la última semana al jefe de departamento eléctrico. El auxiliar técnico carga del sistema todas las Denuncias y Fallas del SAP, hechas por todos los inspectores técnicos (actividad diaria). El auxiliar técnico, totaliza todos los materiales a utilizar en las diferentes órdenes de trabajo. El auxiliar técnico, ingresa a la opción Bodega \ existencias. El auxiliar técnico verifica en el sistema que exista la cantidad necesaria de materiales a utilizar. El auxiliar técnico, ingresa a la opción Órdenes de Trabajo. 26 El Sistema muestra los siguientes campos en blanco que el auxiliar técnico deberá completar: Número de la denuncia. Código de la luminaria. Código de materiales a utilizar. Cantidad de materiales a utilizar. Fecha de finalización. Responsable de realizar el trabajo. El auxiliar técnico guarda la información completada e imprime tres copias de cada orden de trabajo formulada. El auxiliar técnico pasa las ordenes de trabajo al jefe de departamento eléctrico. El jefe de departamento eléctrico, da su visto bueno para la realización de las órdenes de trabajo. El jefe de departamento entrega a la secretaria del departamento eléctrico todas las ordenes de trabajos aceptados. La secretaria notifica y entrega las ordenes de trabajo a los responsables para realizar el trabajo. Los responsables entregan las órdenes de trabajo al bodeguero. El bodeguero ingresa al sistema a la opción Bodega \ Salida de materiales. El bodeguero hace la transacción electrónica y física de la salida materiales de la bodega. El bodeguero se queda con una copia de la orden de trabajo, firmada por parte de los responsables de ejecutar el mantenimiento. Los responsables entregan una copia al vigilante de AMSS para salir de las instalaciones de la Municipalidad con los materiales. Una vez concluidos los trabajos hechos por los responsables del mantenimiento, los inspectores técnicos dan su visto bueno de trabajo concluido y aceptado. Los responsables llevan su copia de orden de trabajo aceptada por los inspectores técnicos al auxiliar técnico. El auxiliar técnico toma nota de los números de orden de trabajo. El auxiliar técnico ingresa Órdenes de Trabajo y coloca la fecha de finalización. Flujo Alterno Buscar una Denuncia o falla del SAP o una Orden de Trabajo El interesado presiona el botón BUSCAR 27 Selección de Denuncia o falla del SAP u Orden de Trabajo El interesado ingresa los criterios de búsqueda, que pueden ser uno o varios campos. El interesado presiona el botón ACEPTAR. El sistema presenta una hoja con los registros que cumplen los criterios de búsqueda y los botones NUEVO, BUSCAR, y CERRAR Eliminar una Denuncia o falla del SAP o una Orden de Trabajo El interesado carga la Denuncia u Orden a eliminar. El Sistema carga la información, presentándolos en una nueva hoja con los botones GUARDAR, ELIMINAR y CANCELAR. El interesado presiona el botón ELIMINAR. El sistema presenta el mensaje: esta seguro que desea eliminar la información y los botones ACEPTAR y CANCELAR. Resultados Esperados Mantenimiento realizado MAP002. Compra e ingreso de materiales a existencias de bodega Descripción. Permite llevar un control al día de las compras necesarias e ingresos de los materiales de la existencia de la bodega del departamento eléctrico. Actores. Auxiliar técnico, bodeguero y Jefe de departamento eléctrico. Prerrequisito El bodeguero y el auxiliar técnico tengan actualizada la existencia de la bodega. Flujo Normal Compra de materiales El auxiliar técnico entra en la opción Bodega \ existencia de bodega. Verifica e identifica a todos aquellos materiales y accesorios eléctricos que estén cerca del límite de existencia en la bodega Ingresa a la opción Bodega \ existencia de bodega \ Requisición, donde el sistema presenta los siguientes campos en blanco: 28 Código de materiales Cantidad solicitada El auxiliar técnico imprime una copia de la requisición de material docilitado y entrega al jefe del departamento eléctrico para su visto bueno. El sistema coloca la fecha y el número correlativo de la requisición. El jefe de departamento eléctrico envía toda la documentación a la sub. Gerencia de Servicios Urbanos de la AMSS. La UACI compra por libre licitación o libre gestión. Ingreso de materiales La Sub Gerencia de Servicios Urbanos, entrega las requisiciones al proveedor y envía una copia al jefe del departamento eléctrico. El proveedor envía los materiales, orden de compra y factura al departamento eléctrico. El bodeguero y el auxiliar técnico, verifican la documentación y los materiales entregados por el proveedor. El bodeguero gestiona el visto bueno del jefe del departamento eléctrico. El bodeguero ingresa a la opción Bodega \ Existencia de materiales \ Ingreso y completa la siguiente información: Número de factura Código de material Cantidad Precio unitario Fecha Resultados Esperados Compra e ingreso de existencia de materiales a la bodega del departamento eléctrico. MAP003. Devolución de materiales eléctricos no usados e inservibles Descripción. Facilita la devolución de los materiales eléctricos no usados e inservibles obtenidos después de realzar un mantenimiento al sistema de alumbrado público. Actores. Auxiliar técnico, bodeguero empresa o supervisor de cuadrilla. 29 Prerrequisito Haber terminado una orden de trabajo Presentar la impresión de la orden de trabajo Flujo Normal El responsable de haber realizado el mantenimiento llena el formato de entrega de materiales que va a devolver por inservibles o no usados. Entrega de materiales y formato completo a bodeguero. El bodeguero ingresa a la opción Bodega \ Devolución de materiales no usados e inservibles y completa los siguientes campos: Numero de orden de trabajo Código de materiales Cantidad entregada Fecha de entrega Material inservible: Sí o No El bodeguero entrega una impresión al responsable del mantenimiento con sello de bodega. Flujo Alternativo Ninguno Resultados Esperados Los materiales inservibles y no usados durante el mantenimiento son registrado y contabilizados. MAP004. Facturación y liquidación de trabajos de mantenimiento realizados. Descripción. Permite facturar y liquidar los trabajos de mantenimientos realizados. Actores. Jefe de departamento eléctrico, secretaria, auxiliar técnico, supervisor de cuadrilla, electricista y auxiliar electricista, empresas que realizaron el manteniendo. Prerrequisito 30 Los responsables llevan su copia de la orden de trabajo finalizada y aceptada por los inspectores técnicos al auxiliar técnico. Que el bodeguero haya liquidado los materiales eléctricos no usados e inservibles, a través de un documento impreso. Flujo Normal El auxiliar técnico ingresa a la opción Órdenes de Trabajo y coloca la fecha de finalización. El auxiliar técnico ingresa a la opción Facturación. El sistema presenta una hoja con los campos siguientes en blancos, que son completados por el auxiliar técnico: Número correlativo de orden de trabajo a cancelar. Descripción de la mano de obra realizada. Coste total de la mano de obra realizada. Nombre del responsable del mantenimiento. Fecha de visto bueno del jefe de departamento eléctrico. El auxiliar técnico imprime tres copias, anexa la liquidación de materiales eléctricos no usados e inservibles y presenta al jefe de departamento eléctrico. El jefe de departamento eléctrico gestiona con la Gerencia de Distrito la aprobación y firma del DESE en las facturas. El gerente de distrito entrega a secretaria toda la documentación aprobada. Se le entrega al contratista toda la documentación para que tramite el Quedan con la UACI. Resultados Esperados Facturación y liquidación de trabajo de mantenimiento realizado. MAP005. Historiales del mantenimiento del sistema de alumbrado público. Descripción. Permite evaluar y tener al día el comportamiento que ha experimentado el SAP durante su funcionamiento y los trabajos de mantenimientos realizados. Actores. Jefe de departamento eléctrico, auxiliar técnico. Prerrequisito 31 Que el sistema de informática se encuentre alimentado por las órdenes de trabajos, denuncias y fallas. Flujo Normal El inspector técnico o el jefe de departamento eléctrico, ingresa a la opción de Historial del SAP El sistema presenta las siguientes opciones de registros almacenados: Fallas y denuncias Ordenes de trabajos completados Materiales utilizados (Global) Materiales utilizados por lámparas El usuario podrá elegir cualquiera de las opciones anteriores y se presentará un nuevo menú a escoger: 3 Meses atrás 1 Mes atrás 1 Semana atrás 1 día atrás Una vez seleccionado el criterio del dato histórico a ver, el sistema presentará toda la información requerida y filtrada. Flujo Alterno Imprimir histórico Una vez determinada toda la información solicitada al sistema, el interesado presiona el botón IMPRIMIR El sistema presenta el mensaje de impresión en proceso Resultados Esperados Datos históricos obtenidos. MAP006. Informes técnicos del sistema de alumbrado público. Descripción. Permite obtener de manera rápida y práctica los informes técnicos del sistema de alumbrado público. 32 Actores. Jefe de departamento eléctrico, auxiliar técnico. Prerrequisito Ninguno. Flujo Normal El inspector técnico o el jefe de departamento eléctrico, ingresa a la opción de Informes técnicos del SAP El sistema presenta las siguientes opciones de registros almacenados: Semanal Mensual El usuario podrá elegir cualquiera de las opciones anteriores y se presentará una pantalla donde aparecerán los siguientes campos llenos: Mes o día Ejecutada por Número de reparaciones Número de orden Distrito Coste de mano de obra utilizada Coste de materiales utilizados Total de costes directos Costos indirectos Total de costos Resultados Esperados Informes técnicos obtenidos. 33 1.06 Búsqueda de tecnología apropiada para la propuesta, tomando en cuenta aspectos técnicos y económicos La búsqueda de la tecnología apropiada ha partido desde los enfoques técnico-económicos. En un primer momento los aspectos técnico-económicos no se plantearon ninguna restricción para estudiar cada una de las tecnologías, teniendo así un mayor grado de libertad en la búsqueda del universo de alternativas posibles que se pudieran presentar. Entre las alternativas primicias más relevantes, que se presentaron están: el uso de energía solar, el uso de sistema eléctrico de corriente directa (DC), mejoramiento del sistema eléctrico de corriente alterna (AC) que usa el actual sistema de alumbrado público, cambios que conlleva a la modernización del alumbrado público a través de reemplazos e integración de elementos nuevos en el alumbrado público. A partir de este resultado se procedió a su análisis técnico-económico, para determinar la factibilidad de su desarrollo en el siguiente capitulo. A continuación se presenta un breve resumen de cada una de estas alternativas: A. Energía Solar en el sistema de alumbrado público. En la búsqueda de una nueva alternativa de fuentes de energía, los sistemas de obtención energía solar (panales solares) se presentan como una alternativa novedosa que va de acuerdo a la disminución del impacto ambiental. Pero analizando detalladamente esta alternativa, la verdadera ventaja de la inversión, se ve si la lámpara se encuentra algunos cientos de metros más alejada que la red de suministro eléctrico existente. Lo que hace demasiado costosa la inversión de la energía solar en medio del área urbana; ya que para la obtención de la energía eléctrica que resulta de la conversión de la energía solar, se requiere un panel solar (la cantidad de las celdas fotovoltaica va de acuerdo a la potencia demandada), un sistema regulador y acumulador de energía para ser usado en horas nocturnas (la capacidad de almacenamiento va de acorde a la potencia demanda), un sistema convertidor de señal DC/AC y las respectivas protecciones de cada elemento. Todo esto se agrega a una lámpara. La mayor potencia obtenida del sistema de energía solar es de 70W para ser usado en 5 horas de maneras continuas (estas potencia corresponden al sistema de sodio y mercurio de baja presión). Los precios oscilan desde tres mil quinientos dólares en adelante más los costes de cada lámpara y sus accesorios. Ver anexo A6, en la página 180 34 B. Corriente Directa en el sistema de alumbrado público. Esto se refiere al sistema de Diodo de Luz, en el sistema de alumbrado público. En este tema los avances tecnológicos tienen un lugar como extrema rapidez. Ya existen en el mercado de Europa Occidental muchos sistemas de orientación y señalización, pero para ser usados en el alumbrado público no se tiene la respuesta deseada; ya que sus altos costos y el factor de vida útil marcan una gran diferencia en relación con los actuales bombillos utilizados en el sistema de alumbrado público. Un diodo led, puede durar hasta 100.000 horas libres de mantenimiento; genera aproximadamente 150 lúmenes, es decir que para una lámpara normal de 8.500 lúmenes (175w, lámpara de Mercurio de alta presión) se requieren 77 diodos led. El costo de este sistema por diodo y balastro especial es de aproximadamente de veinte y cinco dólares en Europa (por cada Diodo). C. Mejoras al sistema de AC en el alumbrado público. La vulnerabilidad que presenta en sistema de distribución al que esta interconectado el alumbrado público hace que todos los daños y fallas eléctricas que sufre el sistema de distribución repercuten de manera directa e impactante en el sistema de alumbrado público. En su mayoría las fallas de descarga atmosféricas, corrientes de corto circuito, los sobre y bajo voltaje. Puede ser que para el sistema de distribución los índices y factores de riesgos y fallas se encuentren dentro de lo establecido por las normas; pero para el alumbrado público una leve variación o falla del sistema distribución lo expone drásticamente a daños severos, castigando duramente la vida útil de dicho sistema. Una variación de voltaje de 20% del valor nominal, hace que la vida de lámpara disminuya a un 80% de su capacidad10 . En la realidad no existe ningún tipo de aislamiento entre el sistema de distribución de energía eléctrica y el alumbrado público. Esto da la libertad de pensar en un sistema de distribución propio para el alumbrado público, el que tenga sus protecciones adecuadas y disminuya la vulnerabilidad del sistema de alumbrado público. En dos países de Sur América y Europa Occidental, existe este tipo de sistema. Todo esto hace notar que se necesita una infraestructura básica, de centros de cargas, controles y protecciones adecuadas para garantizar el buen funcionamiento del alumbrado público, diferentes al tradicional sistema de distribución de energía, que se cuenta en El Salvador. Si se hubiera diseñado un sistema de alumbrado público desde el punto de vista arquitectónico y eléctrico, esto 10 Manual de Iluminación Philips, Argentina 1998. 35 hubiera sido uno de los principales problemas resuelto en dicho diseño. Pero la realidad ha sido diferente, el crecimiento que se ha experimento del alumbrado público va de acorde al desordenado y no planificado crecimiento de viviendas. Dejando aun lado el verdadero papel que juega el alumbrado público, reduciéndolo a una necesidad que los gobiernos locales de El Salvador, deben satisfacer a la población. Esta importancia del alumbrado se puede ver en la construcción de un centro comercial, donde el alumbrado toma su verdadero puesto; para lo cual estudios luminotécnicos, arquitectónicos y eléctricos se realizan para obtener el mejor de los resultados. D. Cambios, reemplazos e integración de elementos nuevos en el alumbrado público La búsqueda de posible tecnología, obliga a ver dentro de cada lámpara sus componentes, estudiarlos y analizar sus reemplazos. El estudio que se hizo de cada elemento, fue desde el punto de vista de la eficiencia y vida útil del mismo. La eficacia luminosa de una lámpara en general tiene una influencia preponderante sobre el consumo de energía eléctrica y en consecuencia sobre los costes de funcionamiento de toda la instalación. El 56,18% del alumbrado público son lámparas de Mercurio con un flujo nominal de 8.500 lúmenes (175W); estás lámparas pueden ser sustituidas por lámparas de una mayor eficacia y rendimiento. Una lámpara de Sodio de Alta Presión de 100W genera más de 9.500 lúmenes11 , permitiendo reducir así la capacidad de potencia instalada. Los controladores de las luminarias que posee el alumbrado público de San Salvador son células fotoeléctricas, las que se encuentran una por cada luminaria. Pero no solo este tipo de controlador existe en el mercado, los interruptores manuales o automáticos (relojes astronómicos, temporalizados, de diferencia de luz) pueden ser integrados al sistema de alumbrado público, un adecuado diseño permitiría reducir hasta un 20% de las células fotoeléctricas. Los balastros convencionales han demostrado que son fuerte y robustos pero no ofrecen ninguna ventaja en el ahorro energético; lo que hace pensar que si se desea una alternativa que implique el ahorro energético se debe tener en mente que hay que emigrar a una nueva tecnología de balastros o elementos que nos permitan de una manera u otra obtener un ahorro energético de la potencia real consumida. En el mercado existe un grupo de elementos que se puede integrar al funcionamiento de las lámparas, llamados los controladores de flujo o conmutadores de potencia; estos no son más que dispositivo que permiten operar a la lámpara en 11 Información extraída de la dirección electrónica htpp://www.luz.philips.com. Ver anexo 7, en la página 188 36 condiciones normales aún con un flujo de potencia inferior al nominal; obteniendo así una reducción de la potencia real consumida. De las alternativas presentadas con anterioridad, se desarrollará en el capitulo dos la combinación de la alternativa C y D. Ya que son estas las que dado al avance tecnológico y adquisición de los elementos a usar, son fáciles de obtener en el mercado nacional. Así como los repuestos de estos. Durante todo este trabajo no se toca el tema de contaminación lumínica pero se tiene presente al momento de presentar la propuesta definitiva. CUADRO COMPARATIVO DE PROPUESTAS PR O PU E ST A D E SC R IP C IO N D E E Q U IP O PO T E N C IA M A X IM A D E L U M IN A R IA A U T IL IZ A R T IE M PO D E U SO C O N P O T E N C IA R E D U C ID A (H R S) C O ST E D E IM PL E M E N T A C IO N C O ST E D E M A N T E N IM IE N T O A N U A L A H O R R O E N E R G E T IC O T IE M PO D E R E C U PE R A C IO N D E L A IN V E R SI O N (A Ñ O S) A Panel solar Sistema regulador y acumulador de potencia Convertidor DC/AC Protecciones Sodio de Baja Presión 70 W 5 $ 3.500 $ 200 42% 5 B Carcaza y reflector especial para diodos Balasto especial Protecciones Diodo de luz, 3 W (Para alcanzar una potencia de 175 W se necesitan aprox. 77 Diodos) 7 $ 1.925 $ 50 45% a 55% 2,4 C y D Balasto especial Capacitor compensador Protecciones Sodio de Alta Presión 100 W y 250 W 7 $ 90 $ 65 45% a 55% 2,2 Consideraciones a futuros Cuando hemos presentado la propuesta a desarrollar, no hemos dicho que es lo máximo que se puede modernizar ni mejorar el sistema de alumbrado público de San Salvador; es más, el principio de un gran comienzo en la modernización y conciencia de la importancia que tiene el alumbrado público. Al igual que porcentaje de ahorro económico y energético que se puede 37 alcanzar, manteniendo las condiciones mínimas aceptables de luminosidad, como se mostrará mas adelante. Se podrán tener mayores porcentajes de ahorro y un mayor grado de modernización, siempre cuando las autoridades locales y la población misma, tomen conciencia del verdadero papel que juega el alumbrado público, dejando de ser únicamente una necesidad primordial demandada por la población hacia la municipalidad. A continuación presentamos un listado de mejoras que se pueden hacer al alumbrado público. Estas deberán ser consideradas por las autoridades locales en conjunto con la población, establecer un plan de desarrollo a largo plazo; dejar de ver al alumbrado público como medio para recaudar las tasas municipales. No se desarrollan en el documento, ya que nuestro objetivo es establecer una alternativa a mediano y corto plazo. 1. Un sistema de cableado y dúctos subterráneos, en los que permita una reordenación del congestionado centro historio de San Salvador. Permitiendo así, mejorar y embellecer la apariencia y funcionalidad del alumbrado público. Esto requiere que la iniciativa sea por parte de la municipalidad y las empresas de distribución de energía eléctrica. 2. Un sistema de monitoreo y control de telemando de la operación del alumbrado público. Es decir que el sistema de alumbrado público, tenga su propio centro de monitoreo y control, a través de un sistema scada. Esto implica que el sistema de alumbrado público, es totalmente independiente del sistema de distribución secundario, posee sus propias protecciones, circuito de conductores, infraestructuras de sostén (postes, báculos), sistema de telemando (por cualquiera de las tecnologías que se conocen, currier, radio, satélite, micro onda, etc.). 3. Usar nuevas tecnología que permitan disminuir el consumo de energía generada por las centrales eléctricas del país. Tal es el caso como la energía solar y la eólica. Esto implica que las nuevas mejoras o convenios establecidos con la empresa privada y la comuna, deberían de proyectarse en alcanzar el uso de estas alternativas. Se debe tomar en cuenta, que para experimentar una mayor eficiencia del alumbrado público, se requiere una mayor inversión económica e iniciativa por parte de las autoridades municipales; se deja en manos de ellos esta iniciativa. 38 39 CAPITULO II DISEÑO Y DESARROLLO Partiendo de los resultados de la búsqueda de la tecnología, se tiene que la modernización junto a la integración y reemplazos de algunas partes de las lámparas, nos permitirán alcanzar nuestros objetivos de ahorro energético y mejorar la eficiencia del sistema de alumbrado público, mediante un nuevo mecanismo de control del mantenimiento de éste. El diseño de la propuesta la abordaremos desde dos punto de vista por separados, pero la unión de estos nos harán cumplir con los objetivos previamente definidos. La primera, será el ahorro energético y modernización del alumbrado público, con lo que se presente disminuir el coste de la energía eléctrica consumida, que posee la Alcaldía de San Salvador, por el alumbrado público. La segunda, será la implementación de una aplicación informática, con la que se busca mejorar la eficiencia del alumbrado público, a través de un control oportuno y adecuado del mantenimiento a dicho sistema. 2.01 Diseño de la propuesta de Ahorro energético del Sistema de Alumbrado Público del Municipio de San Salvador Como punto de partida para el diseño de la propuesta de ahorro energético, se tendrá los siguientes puntos relevantes, en cuenta: • La Municipalidad de San Salvador, al igual que todas las Alcaldías de El Salvador, carecen de fondos económicos para realizar grandes y cuantiosas inversiones en mejoras y modernización de sus bienes, limitándolas a buscar estrategias o alternativas que les permitan alcanzar esas metas a través de inversiones pequeñas o que sean representativas en el tiempo de esa inversión total; o a buscar financiamientos de los proyectos o iniciativas, en el interior y/o exterior del país. • La facturación del consumo eléctrico del alumbrado público, por parte de las Distribuidoras de energía eléctrica hacía la Alcaldía de San Salvador, se realiza de acuerdo con el consumo promedio mensual por tipo de lámpara instalada a los precios 40 vigentes de la energía eléctrica, en aquellos circuitos de alumbrado que se carece de un medidor de energía eléctrica. Esto, esta regulado por la SIGET, en su “Normativa para la facturación del servicio de alumbrado público”, aprobada desde septiembre 2.002. • El actual sistema de alumbrado público, carece de un circuito eléctrico e infraestructuras independientes, que le permita funcionar de manera autónoma al sistema de distribución de energía eléctrica en San Salvador. Así mismas, las infraestructuras donde se encuentran sujetas las luminarias, son postes de concreto, que en su mayoría se encuentran saturados por cables y conductores, tanto de energía eléctrica como telefonía y televisión. Hasta la fecha no existe ley que regule estos espacios. • Dado al crecimiento poblacional y no planificado, el sub suelo de San Salvador, posee una red de alcantarillado y acueductos de aguas (potable y servida), que limitan el uso de éste en el diseño de una nueva red eléctrica subterránea. • El departamento eléctrico de la Alcaldía de San Salvador, lleva acabo el reemplazo paulatino de las lámparas de Vapor de Mercurio de 175 watts, por lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión de 100 watts. Lo que implica que las lámparas de Mercurio, tendrán una mínima o poca representación en los próximos años en el alumbrado público. • La tasa de crecimiento del alumbrado público en el Municipio de San Salvador se proyecta de 5,0% anual (aproximadamente 1.000 lámparas). Dato obtenido de los informes y censos del alumbrado público del departamento de electricidad de la AMSS. Teniendo en cuenta estos puntos, nos centraremos en nuestra propuesta integral para el ahorro energético; para lo cual se plantea tres áreas importantes: Cambios e implementación de nuevas lámparas Rediseño geográfico Sistema de control lumínico. Cambios e implementación de nuevas lámparas Generalmente el condicionamiento principal de la selección de nuevas lámparas es la eficacia (lúmenes/watts) ya que cuando más grande sea esta, menor será el consumo energético para conseguir la misma iluminación. Una acertada elección de lámparas no se debe regir únicamente por este factor, se debe tener en cuenta además los siguientes aspectos: 41 En primer lugar se debe tener en cuenta las exigencias propias del alumbrado público, tales como color, potencia lumínica necesaria por punto de luz, vida útil, mantenimiento previsto y las condiciones particulares de funcionamiento (voltaje de alimentación, potencia real consumida, etc.). Pérdidas propias y capacidad para producir un factor de potencia próximo a la unidad. De la selección anterior, pasan las lámparas aquellas que ofrezcan una mayor eficacia global (todas las anteriores descritas), teniendo en cuenta que éstas dependen del tipo de luminaria (conjunto de lámpara y accesorios para su funcionamiento) Finalmente entre las alternativas que superen la instancia anterior se efectúa un balance económico comparativo que contemple, costo de la fuente de iluminación incluyendo el de todos los elementos necesarios para su funcionamiento, costes de mantenimiento, costos de reposición y costos de consumo energético. Las luminarias que cumplen con la mayor parte de estos requisitos, son las de vapor de Sodio de baja presión. Sin embargo la CIE 115-1995 indica en el punto 9.3.4, “Las fuentes de luz monocromáticas se deberían evitar para áreas en las que el riesgo al delito sea alto, que sean sensibles al entorno o en donde predominen las actividades de los peatones”. Existe un segundo grupo de lámparas que satisfacen los requisitos antes planteados, las lámparas de Vapor de Sodio de Alta Presión y las de Vapor de Mercurio. A continuación, se presenta una comparación general entre las lámparas de Vapor de alta presión Mercurio y de Sodio: Lámpara Ventajas Inconvenientes Uso recomendado Vapor de Mercurio de Alta Presión Larga duración Eficacia luminosa Flujo luminoso unitario importante en potencias altas Variedad de potencias Posibilidad de utilizar a doble nivel En ocasiones, alta radiación ultravioleta Flujo luminoso no instantáneo Depreciación del flujo importante Alumbrado exterior e industrial En aplicaciones especiales con filtros U.V. Lámparas de color mejorado Vapor de Sodio de Alta Presión Muy buena eficacia luminosa Larga duración Aceptable rendimiento en color en tipos especiales Poca depreciación de flujo Mala reproducción cromática en versión estándar Estabilización no instantánea En potencias pequeñas, gran sensibilidad a sobre Alumbrado exterior Alumbrado interior industrial Alumbrado de túneles 42 Posibilidad de reducción de flujo tensión Equipos especiales para reencendido en caliente Comparación lumínica entre lámparas de 250 W, de Mercurio de Alta Presión y Sodio de Alta Presión: Se han comparado las marcas Philips y Osram, por tener mayor representatividad en el mercado de luminarias. En los dos casos presentados se observa que las lámparas de Sodio, poseen una considerable ventaja sobre las lámparas de Mercurio, referente a los conceptos luminotécnicos. El precio inicial de la lámpara de Mercurio es aproximadamente de $ 59,00 y la de Sodio es aproximadamente de $ 78,00. El sistema de la lámpara de Mercurio consta de la reactancia y un capacitor compensador de FP, el sistema de la lámpara de Sodio consta de una reactancia, un 12 Temperatura de Color. Cuando hablamos de luz cálida o fría, no estamos refiriéndonos al calor físico de la lámpara, y sí al tono de color que ella da al ambiente. Prestando atención a la naturaleza vamos a observar el sol, nuestra mayor fuente de luz, y que nos va a servir de parámetro para varios conceptos. Al amanecer el sol tiene un tono más rojizo, más cálido, y a medida que el día va pasando, su luz va quedando más amarilla hasta tornarse blanca, después vuelve a quedar anaranjada al final del día. En las lámparas esta temperatura de color es medida en grados Kelvin (oK) y cuanto mayor sea el número, más frío es el color de la luz de la lámpara. Ejemplo: una lámpara con temperatura de color de 2700oK tiene tonalidad cálida, una de 7000oK tiene tonalidad muy fría. El ideal en una residencia es variar entre 2700oK y 5000oK. 13 Reproducción de Colores La reproducción. de colores de una lámpara es medida por una escala llamada IRC (Índice de Reproducción de Colores). Cuanto más próximo este índice al IRC 100 (dado a la luz solar), más fielmente los colores serán vistos en la decoración. Esto ocurre porque, en realidad, lo que observamos es el reflejo de la luz que ilumina los objetos, ya que en la oscuridad no vemos los colores. La luz es compuesta por los siete colores del arco iris y los pigmentos contenidos en los objetos tienen la capacidad de absorber determinados colores y reflejar otros. Denominación Comercial Marca Potencia (W) Temp. de color12 (K) Flujo luminoso (lm) Eficiencia luminosa (lm/W) Índice de reproducción de color13 (IRC) Vapor de Mercurio, HPL N 250W Philips 250 4.100 12.700 40 40 Vapor de Mercurio, HQL 250 W Osram* 250 3.900 13.000 52 46 Vapor de Sodio Alta Presión, SON 250W-E Philips 250 1.950 27.000 108 25 Vapor de Sodio Alta Presión, NAV 250 W Osram* 250 1.570 27.500 119 31 *Tensión 230V de sistema 43 arrancador y un capacitor compensador de FP, lo que hace más costoso en un 25% el sistema de Sodio, que al mismo tiempo aumenta con un elemento más el mantenimiento de estas luminarias. A pesar de todos estos costos iniciales agregados, el sistema de Sodio, sigue presentando una gran ventaja sobre el sistema de Mercurio, ya que las nuevas luminarias de Sodio de 100W presentan una alternativa, para reemplazar las lámparas de Mercurio de 175W, como se compara a continuación: Denominación Comercial Marca Potencia (W) Temp. de color (K) Flujo luminoso (lm) Eficiencia luminosa (lm/W) Índice de reproducción de color (IRC) SON Plus 100W (Sodio) Philips 100 1.950 10.000 100 25 HPL N 175W (Mercurio) Philips 175 4.100 8.500 43,6 44 Las lámparas de Mercurio de 175 W pueden ser sustituidas por las de sodio de 100W que emiten un mayor flujo luminoso, permitiendo así reducir la potencia instalada en más del 50%. Esto permitirá además uniformar las diferentes tonalidades y rendimientos cromáticos que existan en la actualidad en las calles y avenidas de San Salvador. Las actuales lámparas de Sodio de Alta Presión de 250 W, han mejorado en un 7% más la eficiencia lumínica comparada con las actuales instaladas en el alumbrado público de San Salvador, lo que permite disminuir la cantidad de lámparas necesarias para alcanzar los niveles adecuados de iluminación. Rediseño geográfico Basándose en la investigación actual del sistema de alumbrado público (Cap. I, apartado 1.013 Estado Actual), San Salvador ha carecido de un diseño de alumbrado público; limitándose a alumbrar las calles, avenidas y vías públicas, como, una pronta medida paliativa para satisfacer una demanda de la ciudadanía; sin antes tener las mínimas consideraciones lumínicas. Cuando nos enfrentamos al problema de ubicar los puntos de luz en un alumbrado público se debe tener en cuenta los siguientes, aspectos: • La sustentación de los puntos de luz • La altura e inter distancia de los puntos de luz. 44 La sustentación de los puntos de luz, se refiere a la manera en que están montadas las luminarias. La altura de montaje depende en gran medida de la superficie de la zona que se quiere iluminar; el sistema más utilizado en San Salvador es el de Post-top14. Un factor que juega un papel importante en la sustentación de los puntos de luz, es la longitud del brazo y el ángulo que éste forma con respecto a la horizontal. Dentro de la distribución longitudinal de la mayoría de fabricantes se refieren a las medidas cortas (1,5 metros), largas (2,5 metros) en ángulos no mayores de 15 grados respecto a la horizontal. Cada distancia longitudinal, va de acuerdo a la calzada que será iluminada; para calles de 5 a 7 metros de ancho se debería de usar los brazos cortos, para calles mayores se debería usar los brazos largos; con la adecuada colocación del alumbrado (tres bolillos, lateral o frontal) se obtiene un mayor aprovechamiento del haz luminoso de cada punto de luz. La altura de los puntos de luz, se refiere a la distancia que hay desde el nivel de la calzada hasta el punto de luz. Si la altura es la adecuada, se obtienen las siguientes ventajas: Mejor distribución de luminancias sobre la calzada. Menor deslumbramiento, esto nos permite jugar con la potencia de la lámpara a instalar. Mayor separación entre los puntos de luz, con el que se consigue reducir la cantidad de lámparas, mantener los niveles lumínicos adecuados y reducir los costes totales de instalación. En la siguiente tabla, se presentan los limites entre los que, normalmente deben elegirse la altura del punto de luz, teniendo en cuenta la potencia lumínica en él instalada. Flujo de la lámpara (lm) Altura (m) 3000 < 10000 6 H < 8 10000 < 20000 8 H < 10 20000 < 40000 10 H <12 40000 12 Datos según IEC La distribución del alumbrado público, hace más eficiente a todo el sistema en general. La adecuada decisión de éste, permite mantener el mínimo de puntos de luz necesario de una 14 Montada sobre un poste a una altura de 3 a 8 metros aproximadamente. 45 adecuada iluminación de la calzada y evitar los altos deslumbramientos. Las recomendaciones más importantes son: • La distribución lateral se recomienda si la anchura de la vía es menor que la altura de montaje de las luminarias. • La tresbolillo si está comprendida entre 1 y 1.5 veces la altura de montaje. • La frontal si es mayor de 1.5. Hay que considerar la presencia de árboles en las vías. Si estos son altos, de unos 8 a 10 metros, las luminarias se situarán a su misma altura. Pero si son pequeñas las farolas usadas serán más altas que estos, de 12 a 15 m de altura. En ambos casos es recomendable una poda periódica de los árboles, sin maltratar o dañas severamente al árbol, bastará con retirar el follaje que se encuentra alrededor de la luminaria. Según sea la iluminación media que queremos obtener, así deberá ser la relación entre la distancia de separación de luminarias y su altura: Iluminación media (lux) Relación Separación / Altura 2 ≤ Em < 7 4 a 5 7 ≤ Em < 15 3,5 a 4 15 ≤ Em < 30 2 a 3,5 Otro aspecto a considerar, es el congestionamiento de los conductores en las infraestructuras de sostén del alumbrado público. Esto deberá estudiarse cada caso por separado, ya que si las empresas distribuidoras de energía o de telefonía no han respetado las mínimas distancia de ubicación de sus conductores, habrá que hacer un llamado para la reubicación la reordenación de los mismos; de manera tal que la altura que se busque para una adecuada iluminación se vea afectada. Sistema de control lumínico Los sistemas de control de iluminación en alumbrado están orientados al ahorro energético en áreas donde, por el número de puntos de luz instalados, pueden llegar a rentabilizar a corto/medio plazo, su implantación. En el mercado existe gran variedad de reguladores de tensión que permite regular desde casi un 0 a un 100%. 46 Los sistemas de control más comunes son: Sistemas de control manual todo/nada. Sistemas de regulación manual, mediante potenciómetros, pulsadores inestables, telemando. Control automático todo/nada, mediante control fotoeléctrico. Control automático por pasos, mediante control fotoeléctrico y de forma escalonada. Control por detectores de movimiento para control ocupacional. Sistemas de regulación y control centralizado, que permiten el apagado, regulación y encendido total o por zonas de una instalación. Generalmente el diseño de la instalación de alumbrado público se realiza considerando postulados de máxima demanda (máxima velocidad, tránsito intenso, presencia de peatones, etc.) que generalmente se presentan en las primeras horas de la noche y por la mañana temprano antes de la salida del sol. A altas horas de la noche estas condiciones varían considerablemente y es posible reducir los niveles de iluminación a los fines de ahorrar energía. Sobre la base de lo expresado anteriormente han sido desarrollados diferentes productos que permiten ahorrar energía, como ser los sistemas centralizados y los sistemas individuales por lámpara. El producto que más aceptación ha logrado en el mercado por la relación costo / beneficio es el balasto de doble potencia para los sistemas individuales por lámpara. Balasto de doble nivel de potencia. Para el alumbrado público se emplean lámparas de descarga, principalmente Vapor de Sodio de Alta Presión. Para limitar la intensidad de corriente eléctrica entregada a la lámpara (L) se intercala en serie entre la línea de alimentación y la lámpara una reactancia, denominada comúnmente balasto (B) que consiste en un arrollamiento de alambre de cobre sobre un núcleo de hierro. C, es el capacitor de compensación del factor de potencia e Ig, es el arrancador del sistema de las lámparas de Sodio de Alta Presión. 47 Cuando a determinadas horas se desea reducir el alumbrado con el fin de obtener un cierto ahorro, es necesario disponer de dos circuitos independientes de manera que a determinada hora se pueda eliminar uno de ellos quedando el otro, generalmente distribuido alternativamente. Esta solución no es todo lo buena, que sería de desear, ya que además de necesitar dos circuitos independientes, la eliminación de puntos de luz crea zonas oscuras con muy mala visibilidad. Los fabricantes de reactancias con el fin de contribuir a solucionar este problema han creado las llamadas reactancias de dos niveles de potencia. Su funcionamiento se basa en la fabricación de reactancias con dos niveles de impedancia, de manera que el primer nivel corresponda con el de máximo rendimiento luminoso del circuito, mientras que el segundo nivel corresponde un descenso del nivel de iluminación, y por lo tanto de la potencia consumida. A los fines de ahorrar energía la reactancia (R) cuenta con un devanado adicional que permite seleccionar entre dos niveles de potencia eléctrica entregada a la lámpara. La selección del nivel de potencia se realiza mediante un conmutador electrónico. Dependiendo del tipo de lámpara, el descenso del nivel de iluminación, con respecto al nivel máximo, se considera aceptable cuando la reducción esté comprendida entre el 45 y el 55%, lo que corresponde con una reducción de la potencia consumida comprendida entre el 58 y el 63%. Reducciones de iluminación y de potencias mayores no serían aceptables ya que podrían aparecer problemas de estabilidad en las lámparas. Puesto que se prevén dos niveles de funcionamiento con dos potencias, también serán necesarios dos condensadores si se quiere compensar el factor de potencia. El primer condensador, el C1, 48 corresponde a la capacidad necesaria para compensar el nivel mínimo, y el Cco, corresponde a la capacidad que le falta a C1 para poder compensar el nivel máximo. Estando el relé en posición de reposo, el contacto 3-1 se encuentra cerrado y por consiguiente la reactancia se halla conectada en su nivel máximo. Así mismo, el contacto 7-5 se encuentra también cerrado, por lo que en el circuito hay dos condensadores acoplados en paralelo, C1 y Cco. Al aplicar tensión al relee, el contacto 3-1 pasa a la posición 3-2, que conecta la reactancia en su nivel reducido, mientras que el contacto 7-5 pasa a la posición 7-6, quedando desconectado el condensador Cco. Obsérvese que de no existir el puente de resistencias entre los puntos 1, 3, al pasar de la posición de nivel máximo al mínimo, habría un instante en el que el circuito quedaría desconectado, por lo que la lámpara se apagaría, dando lugar a un reencendido de tres o cuatro minutos de duración. Compensación adicional. (Reactancia C.A.) Se le llama Compensación Adicional (C.A.) a la fabricación de las reactancias de Sodio Alta Presión con relees de dobles contactos conmutados, de forma que uno de ellos, al entrar el NIVEL REDUCIDO, corta la capacidad Cco de compensación que le sobra respecto a la que tenía para el NIVEL MÁXIMO. Así, durante las horas de funcionamiento en NIVEL REDUCIDO, la compensación está ajustada para obtener cos θ = 0,90 ± 0,05 en todo el tiempo de vida de la lámpara. El sistema de control de la conmutación de la reactancia de doble nivel de potencia puede ejecutarse, mediante el control temporizado interno o externo. Denominación Descripción Ventajas Desventajas Conmutador temporizado con reloj interno La lámpara enciende a potencia nominal y al cabo de un tiempo pre- determinado y fijo conmuta a potencia reducida volviendo a la potencia máxima luego de transcurrido un Instalación sencilla y económica aún en sistemas existentes La temporización es establecida en fábrica y no existen posibilidades de modificarla. Su funcionamiento es independiente de la duración de la noche (larga en invierno y corta 49 tiempo fijo e Invariable. en verano) Conmutador con línea de mando externa Mediante una señal eléctrica externa provista por un cableado adicional se establece los horarios de operación a potencia nominal o reducida. Es posible programar horarios de operación a potencia nominal tanto al comienzo como al final de la noche Instalación costosa debido a que es necesario realizar un cableado adicional. Es difícil de instalar en sistemas existentes, especialmente cuando no hay líneas eléctricas de alumbrado dedicadas. Por la simplicidad y lo práctico que resulta en lo técnico y económico, desarrollar el ahorro energético con un sistema de regulación parcial, mediante el sistema de una reactancia de doble nivel de potencia, se recomienda el uso de este sistema en las luminarias de Sodio de Alta Presión de 250W y posterior a las de 100W, ya que son las que constituirán el mayor porcentaje del alumbrado Público de San Salvador. Al optar por la reactancia de doble nivel de potencia (2P), está reemplaza la reactancia normal que poseen estas luminarias. 2.02 Plan de puesta en marcha de la propuesta de ahorro energético del sistema de alumbrado público del Municipio de San Salvador Si se recopila la información presentada, con anterioridad, se tendrá una línea de acción para alcanzar el objetivo de ahorro energético. A continuación se detalla la línea de acción a un futuro de 6 años, pero se hace énfasis que esta es una propuesta, y la implementación como la toma de decisión final depende directamente del consenso de las Autoridades Municipales. • Como primer paso, se tiene el rediseño geográfico; se parte de esta iniciativa dado que es una actividad que no involucra ninguna compra de un elemento especial para su puesta en marcha. Lo que se busca alcanzar es la mayor eficiencia posible lumínica del alumbrado público actual. La redistribución de los puntos de luz se debe ser en base a las sugerencias que la IEC, detalla como óptimos, con respecto a las variables de altura (H) e ínter distancias (d) de los puntos de luz. Los materiales que se requieren para el desarrollo de esta actividad son: poste de concreto centrifugado o de aluminio galvanizado (la altura 50 depende del rediseño), conductor # 2 WP, aisladores de carretes para la sujeción del conductor y preformadas de aluminio. Además, se requiere conocer el flujo proporcionado por la lámpara instalada, para ello se puede hacer a través de los datos técnicos del fabricante o por mediciones de campo, con instrumento especial (luxo metro o lumino metro). • Segundo paso, una vez reordenado todo el alumbrado público, se debe reforzar aquellas áreas que se encuentran bajas en el nivel de iluminación aceptable, principalmente en zonas inseguras o de alto riesgo para el peatón. En este paso, se puede incluir el cambio de luminarias obsoletas y viejas por nuevas, así como la continuación de la iniciativa tomada por el departamento eléctrico de la Alcaldía de San Salvador, el de reemplazar las lámparas de vapor de Mercurio de alta presión de 175W por lámparas de vapor de Sodio de alta presión de 100W. A partir de este punto, todo cambio y nueva lámpara que se incluya en el alumbrado público se deberá considerar la implementación del balasto 2P, lo que permitirá experimentar un leve ahorro energético y costes de operación. Para realizar toda esta actividad se requiere, compra de nueva lámpara y sus accesorios (sin la reactancia ya que esta será sustituida por la de doble potencia), conductor WP # 2, aisladores de carretes, preformadas de aluminio y postes de concreto centrifugado o de aluminio. Los postes servirán para el sostén de nuevos puntos de luz, en áreas deficientes de nivel de iluminación. Se debe tener, en cuenta, que la consideración de instalar los puntos de luz es postes diferentes a los del sistema de distribución, es para mejorar y llevar a niveles aceptables la iluminación proporcionada por el alumbrado público; mientras se mantenga la práctica de instalar los puntos de luz en los mismos postes de tendido eléctrico por ahorrar costes, el sistema de alumbrado público, siempre presentará una deficiencia en la uniformidad de la iluminación, tendiendo el riesgo de generar costes adicionales. • Tercer paso, con los pasos anteriores se ha llevado a nivel mínimos aceptables el nivel lumínico del alumbrado público; acá se completa la estrategia de ahorro de energía que consiste en insertar un elemento que permitirá reducir el flujo lumínico. La reactancia de doble nivel de potencia (2P), reemplaza la tradicional reactancia de las lámparas de descarga. Como la reactancia a utilizar trae su temporizador interno, no requiere de 51 equipo auxiliar para su operación; pero si implica un nuevo condensador más para corregir el factor de potencia, en la condición de reducción de flujo luminoso. La puesta en marcha a través del tiempo, se presenta en la gráfica 7. En los dos primeros años, se estima que el rediseño se ha completado que ya se cuenta con todas las infraestructuras necesarias para que la uniformidad de la iluminación proporcionada por el alumbrado público, sea la adecuada. En esta fase no se experimenta ningún ahorro energético considerable. En el 2º paso, se ha completado el reemplazo de las luminarias obsoletas así como la reducción del porcentaje de las lámparas de Mercurio de alta presión. Acá se logra alcanzar un 10,50% de ahorro energético, únicamente con el cambio de potencia instalada y la continuidad de la iniciativa de la AMSS de introducir nuevas lámparas de Sodio; pero con el balasto de doble nivel de potencia. Así mismo se experimenta un gasto con relación a agregar los puntos de luz necesarios que se requiere para alcanzar la uniformidad de la iluminación proporcionada por todo el sistema de alumbrado público. Los mayores ahorros energéticos, se experimentan una vez completado el 3º paso, que consiste en controlar el flujo luminoso de una parte del alumbrado público. Siendo el máximo porcentaje a alcanzar el 30% del alumbrado público. Si se desea cambiar este porcentaje, se deberá de buscar otras estrategias ahorrativas, tales como reducir el tiempo a plena potencia, Plan de ahorro energetico del Alumbrado Público de San Salvador Gráfica 7 Sin plan de ahorro Con plan de ahorro - 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 0 2 4 6 años % d e pa go d e en er gí a el ec tri ca 52 control total del flujo de luminosidad del alumbrado público, etc. La gráfica 7, la parte más oscura muestra la tendencia