Iluminación autónoma

A finales de 2014, se inauguró el Paseo Centenario del Ejército Mexicano en las inmediaciones de Querétaro, en el cual se implementó un proyecto de iluminación vial de última generación. Al conjugar las bondades de la tecnología solar fotovoltaica con la eficacia de las lámparas LED, esta obra prioriza la eficiencia energética, sin descuidar las necesidades lumínicas para el tránsito vehicular.

Por Manuel Merelles / Bruno Martínez, fotografías

1. Protección. Las baterías para operación nocturna se encuentran resguardadas contra la acción del clima en gabinetes metálicos de 600 x 400 x 200 mm

En las inmediaciones de Querétaro, se llevó a cabo en fechas recientes la inauguración del Paseo Centenario del Ejército Mexicano, una extensa obra carretera que consta de varios cientos de kilómetros.

Diversos contratistas participaron en la implementación de los sistemas de iluminación necesarios para este gran proyecto, basado en sistemas de iluminación LED, alimentados por paneles fotovoltaicos.

Entre los aspectos por considerar al instalar sistemas de iluminación en vialidades, se encuentra el diseño adecuado para proporcionar la luminosidad requerida por el espacio que se desea iluminar, tomando en cuenta el tamaño de las calles y el flujo de tránsito. Un segundo aspecto es el costo de las tarifas eléctricas. Si se cuenta con un diseño adecuado y un sistema de iluminación de costo reducido la relación costo-beneficio se optimiza.

2. Colocación. Para ofrecer el nivel de iluminación adecuado, los luminarios se colocaron a intervalos de 25 metros en promedio

Cima Eléctrico, S.A. de C.V., se encargó de los trabajos de suministro y colocación de partes en el corredor urbano de conexión Circuito Universidades Carretera Estatal 200, el Marqués, Querétaro, un proyecto de 8 kilómetros que se realizó en la primera etapa de la vialidad, (del kilómetro 0+600 al 8+639), con seis carriles de 3.5 metros cada uno, dividida en dos cuerpos: una banqueta y una ciclopista de 4.5 metros de ancho en ambos lados.

Se emplearon 631 luminarias colocadas, en promedio, cada 25 metros. Los sistemas de iluminación son de tipo autosustentable con 12 horas de autonomía, con base en postes de acero al carbón A-36, calibre 11, de 7.5 metros de altura y lámparas LED de 60 W a 7 metros para alumbrado público.

Asimismo, las lámparas solares son de última generación, con eficiencia de 105 lúmenes por watt (lm / W), 60 W y 12 V de corriente directa tipo 360°, con grado de protección IP65, marca Solarlux, modelo SSL36060; con brazo sencillo de 2 ½ pulgadas de diámetro, cédula 30, y radio de 2.63 metros.

Los equipos cuentan con un módulo fotovoltaico SSCPV85 / 90 / 95 W de 36 celdas solares; dos baterías Cale-Solar para sistema fotovoltaico de 115AH, voltaje normal de 12 V, colocadas en gabinete metálico de 600x400x200 milímetros, además de un controlador programable Phocos 20ª de 12 / 24 V y kit de conexiones.

3. Ejecución. Debido a las características de la vialidad, la colocación de los postes tuvo que aguardar a que se concluyeran las obras de la ciclovía

Todo el poste se encuentra montado sobre una base de concreto prefabricada de 40×40 cm en corona, 80×80 cm en base y 80 cm de altura, con una cara plana para ajustar a la guarnición.

El equipo provee garantías en paneles por 10 años y una vida útil de 25; mientras que las baterías cuentan con garantía por dos años y una vida útil de cinco, las cuales, posteriormente, requieren cambiarse. Los componentes electrónicos se garantizan por un año y las lámparas LED de 60 W, por cinco.

Una de las mayores dificultades que enfrentó el equipo de Cima Eléctrico fue el tiempo de entrega de materiales, el cual es largo para la mayoría de los componentes electrónicos y lámparas.

4. Montaje. El sistema de sujeción es tipo mecánico para modulos fotovoltaicos, con fijación mediante opresores de hasta 95 Wp

Un reto más se encontró en los procesos de construcción, debido a que la colocación de los sistemas de iluminación se pudo realizar únicamente hasta que terminó la construcción de la ciclopista en el espacio correspondiente. Por lo anterior, el trabajo de colocación de luminarias se dio conforme los tramos de ciclopista se concluyeron. Dentro del proceso civil, ésta fue una de las últimas actividades.

La obra requirió un periodo de desarrollo de poco más de un año, ya que se ejecutó entre el 2 de septiembre de 2013 y el 22 de octubre de 2014. Tras su término, se llevó a cabo la inauguración de la vialidad el día 29 de octubre de 2014, en presencia del gobernador del estado de Querétaro, el licenciado José Calzada Rovirosa, quien nombró a la vialidad como Paseo Centenario del Ejercito Mexicano.

5. Versatilidad. El sistema de fijación mediante opresor y montaje, con inclinación de 0 a 90º, permite modificar la dirección de la luz

Todo el equipo instalado quedó registrado en la memoria técnica, la cual se muestra a continuación:

Componentes del sistema de iluminación Solarlux con lámpara LED de 60 W

1. Poste de 7.5 m con sistema de montaje para lámpara en arco de 2.63 m y altura de punto de luz a 7.0 m
2. Sistema de sujeción mecánica para módulos fotovoltaicos con fijación mediante opresores de hasta 95 Wp
3. Arreglo fotovoltaico de 190 Wp
4. Centro de carga de 115 Ah
5. Controlador programable de carga IP68 de grado industrial
6. Kit de conexiones (cable para conexiones del sistema)
7. Lámpara LED de última generación a 60 W y 12 V
8. Gabinete metálico IP65 para alojar centro de carga

6. Inauguración. Para declarar abierta la obra terminada se contó con la presencia del gobernador de Querétaro, el licenciado José Calzada Rovirosa

Características técnicas del sistema fotovoltaico
El sistema fotovoltaico es de tipo robusto, conformado por un arreglo de dos módulos de 95 Wp. De acuerdo con datos del Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables en México (SIGER) II-GENC y del Observatorio de Radiación solar del Instituto de Geofísica de la UNAM, para el estado de Querétaro se tienen horarios pico solares a 20.61° de inclinación, con una duración de 5.87 horas. Con dicha insolación, se pueden producir en promedio

1 mil 58 W / h / día, lo que permite un excedente de hasta 30 por ciento para recuperación de carga. Además, los luminarios poseen un centro de carga de hasta 2.5 días de autonomía (tomando en cuenta un factor de descarga de hasta 50 por ciento), con ajuste automático mediante el controlador que monitorea constantemente el estado de carga, la producción de energía y el rendimiento del sistema.

7. Durabilidad. Los arreglos fotovoltaicos y los sistemas de baterías se calcularon para brindar hasta 12 horas de iluminación autónoma

Dimensionamiento del centro de carga
La carga útil del sistema se calcula en función del factor de descarga y de la capacidad nominal. Para una batería de 115 Ah a 12 V, se tiene que la capacidad nominal equivale a 1 mil 380 W/h, con factor de 0.5 (50 por ciento) y dos baterías.

Mediante la fórmula,  Cu = Cn · Fd · n

Encontramos que:

Cu = 1380 · 0.5 · 2 = 1380 W/h

Por tanto, la capacidad útil del centro de carga es de 1 mil 380 W / h, con lo cual, si se considera que la lámpara se encuentra encendida 12 horas durante la noche y su consumo es de 60 W, es posible concluir que el consumo del equipo será de 720 W / h / día, tomando en cuenta que por día, mínimo, se garantiza una recuperación del 16 por ciento de la producción de los paneles, suponiendo que todo el día está nublado (250 W / h).

8. Rendimiento. Los luminarios de última generación ofrecen hasta 40 por ciento más eficiencia contra sistemas de corriente alterna anteriores

Dimensionamiento de arreglo fotovoltaico

Para el siguiente sistema se utilizarán módulos fotovoltaicos de 95 Wp; así, el número de paneles por utilizar se determina mediante la siguiente ecuación:

= Parte entera (1.2911) + 1 = 1 + 1

= 2 paneles de 95 Wp

Características del proyecto
8 kilómetros de vialidad

631 luminarias autosustentables, con 12 horas de autonomía

Postes de acero al carbón A-36, calibre 11, de 7.5 metros de altura

Lámparas LED de 60 watts, con eficiencia de 105 lúmenes por watt, 60 watts, 12 volts, corriente directa

Módulos fotovoltaicos SSCPV85 / 90 / 95 watts, de 36 celdas solares

Dos baterías Cale-Solar de 115AH, 12 volts, en gabinete metálico 600 x 400 x 200 milímetros

Control programable Phocos 20ª de 12 / 24 volts y kit de conexiones

Características técnicas de la lámpara

1. Lámpara LED modular de 60 W
2. Cinco años de garantía en LED+DRIVER y 10 años en carcasa y sistema de montaje
3. Conformada por tres módulos de 20 W cada uno y 20 LED por módulo
4. 60 LED por lámpara funcionando a 1 W
5. Rendimiento luminoso del sistema de iluminación DRIVER+LÁMPARA LED de 105 lm / W
6. Flujo luminoso total de 6 mil 300 lúmenes
7. Módulos con sistema de disipación térmica por convección natural en aluminio de alta pureza
8. Voltaje de operación nativo de 12 V (no necesita el uso de un inversor para su operación, ya que va conectado directamente a las baterías)
9. Rendimiento hasta 40 por ciento mayor en comparación con sistemas LED de corriente alterna de generaciones anteriores
10. Sistema de fijación a poste mediante opresor y montaje de 0 a 90° de inclinación para versatilidad en el direccionamiento de la iluminación
11. Curva fotométrica NEMA II tipo ala de murciélago especial para vialidades

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Constructor Eléctrico agradece el apoyo y las atenciones otorgadas por el ingeniero Ignacio Orozco Valencia, director General de CIMA Eléctrico, S.A. de C.V., sin las cuales no hubiera sido posible realizar este artículo. Asimismo, reconoce al ingeniero José Luis Pérez, gerente de Construcción de CIMA Eléctrico, por la información otorgada y el seguimiento ofrecido en la elaboración del reportaje.