Luminarios con LED para túneles vehiculares

La iluminación general de túneles vehiculares debe garantizar que la visibilidad y el confort de los automovilistas no se vean afectadas durante el recorrido que realizan en su interior. Para ello, actualmente se está considerando el uso de luminarios con LED, que permiten un flujo constante del tráfico rodado en toda su longitud, sin afectaciones visuales

Por Gabriel Torres Aguilar / Fotografías: cortesía de Gabriel Torres Aguilar

Un túnel vehicular es una vialidad dentro de una obra subterránea, en cuyo interior la iluminación natural se encuentra restringida y puede contar con circulación de vehículos automotores en un único sentido o en ambos.

Para efectos prácticos, la iluminación general de los túneles vehiculares debe considerar la luminancia (Candelas/m²), que es la intensidad luminosa que se refleja por unidad de superficie en el asfalto de la vialidad, así como en las paredes y el techo.

La iluminación general de un túnel vehicular debe proveer un medio seguro de transición entre los diferentes niveles que presentan la luminancia interior y exterior, sin que afecten el tránsito de los automovilistas.

Para la correcta iluminación general dentro de un túnel vehicular, se deben considerar cada una de las cinco zonas que lo integran:

• Zona de acceso. Es el área de la vialidad situada inmediatamente anterior a la entrada del túnel vehicular. Cubre la distancia a la que un conductor que se aproxima debe ser capaz de ver hacia el interior
• Zona de adaptación. Es el área que se ubica en la primera parte del túnel vehicular, directamente después de la zona de acceso, desde donde el conductor puede distinguir el interior
• Zona de transición. Es el área donde se efectúa un cambio de altos a bajos niveles de luminancia en el interior del túnel vehicular
• Zona interior. Es el área que abarca la mayor parte de la longitud del túnel vehicular, en donde se establece un bajo nivel de luminancia
• Zona de salida. Es el área en la que las condiciones de luminancia son menos críticas durante el día, debido a que la visión del conductor se adapta rápidamente a la luminancia exterior, lo cual le permite distinguir con mayor facilidad la salida del túnel

Durante el día, cuando un automovilista se aproxima a un túnel vehicular, se presenta un fenómeno visual denominado “efecto del agujero negro”, en el que la entrada se presenta como una mancha oscura, en cuyo interior no se puede distinguir nada. Este fenómeno, llamado de inducción, se presenta al momento de estar a una determinada distancia del túnel vehicular, debido a que la luminancia ambiental en el exterior durante el día es mucho mayor que en la entrada del túnel.

A medida que el automovilista se acerca a la entrada, ésta va ocupando una mayor posición dentro del campo visual y el ojo humano se va adaptando progresivamente al nivel de luminancia en su interior, lo cual se conoce como fenómeno de adaptación.

Una de las soluciones para la diferencia de niveles de luminancia entre el exterior (3000 a 8000 Cd/m²) y el interior del túnel (15 a 20 Cd/m²) es mantener un valor de luminancia próximo al que existe en el exterior en toda la longitud del túnel, pero resulta impráctico y nada económico.

Cuando los túneles presentan una densidad de tráfico elevada o cualquier circunstancia que dificulte la visión, se opta por reducir de manera progresiva el nivel de luminancia desde la zona de adaptación hasta la zona interior. Durante el día, se considera que en la salida no existe mayor problema debido a que el cambio de niveles de luminancia es muy rápido para la adaptación de la visión del automovilista.

Por otro lado, cuando el interior del túnel vehicular presenta una luminancia de alto nivel respecto de la baja luminancia exterior de la noche, se debe considerar una uniformidad de luminancia que evite en lo posible afectaciones visuales en la transición.

Durante la noche, con la iluminación direccional de los faros principales de los vehículos, la adaptación de los altos niveles de luminancia en el interior del túnel a los bajos niveles de luminancia de la oscuridad exterior permite una mejor visión al salir.

Clasificación de la iluminación en túneles vehiculares
La iluminación general de los túneles vehiculares se puede agrupar en dos clasificaciones, según la distribución de la intensidad luminosa que es emitida por el luminario utilizado:

• Simétrica en el sentido transversal o longitudinal respecto de la vialidad
• Asimétrica en el sentido longitudinal respecto de la vialidad

En cuanto a la dirección de la circulación de los vehículos automotores, ésta se puede clasificar en:

• Contraflujo
• A favor del flujo

En el caso de la intensidad luminosa, de forma combinada se tiene la siguiente clasificación:

• Iluminación simétrica, en la cual la intensidad luminosa se distribuye en el sentido transversal de la vialidad
• Iluminación asimétrica a contraflujo, en la cual la intensidad luminosa se distribuye en forma no simétrica respecto del sentido longitudinal de la vialidad y se dirige en contraflujo de la dirección de la visión de los conductores
• Iluminación asimétrica a favor del flujo, en la cual la intensidad luminosa se distribuye en forma no simétrica en cuanto al sentido longitudinal de la vialidad y se dirige a favor del flujo en la dirección de la visión de los conductores

En relación con estas clasificaciones, suelen utilizarse, principalmente, dos tipos de iluminación general, en las cuales se considera el arreglo y el montaje de los luminarios:

• Iluminación simétrica con un arreglo lateral o bilateral de los luminarios con montaje en muro
• Iluminación asimétrica a contraflujo, con arreglo en un eje o dos ejes de los luminarios con montaje en techo

Para la iluminación general de los túneles vehiculares, hasta la fecha se continúan utilizando modelos convencionales de luminarios para operar lámparas de descarga de alta intensidad (HID, por sus siglas en inglés) de vapor de sodio en alta presión (VSAP), que tienen las siguientes características técnicas de diseño, construcción y desempeño:

• Carcasa del conjunto óptico y módulo de potencia fabricados en fundición de aluminio inyectada en alta presión
• Acabado superficial externo de la carcasa del conjunto óptico y módulo de potencia, con un tratamiento previo de fosfato de zinc y recubrimiento de pintura termoendurecible de resina poliéster en polvo, aplicada mediante proceso electrostático
• Conjunto óptico integrado dentro de la carcasa, con un empaque termoformado perimetral interno, fabricado en hule EPDM de alta resistencia a la temperatura para asegurar una alta hermeticidad de cierre, con el marco portafractor abatible, fabricado en fundición de aluminio inyectada en alta presión
• Módulo de potencia integrado dentro de la carcasa para alojar un balastro electromagnético del tipo autorregulado, con voltaje de alimentación de 120, 208, 220, 240, 277, 440 o 480 V en corriente alterna, para la operación de una lámpara HID VSAP con potencia de 250 W
• Reflector hidroformado de alta eficiencia, fabricado en lámina de aluminio de alta pureza, con acabado semiespecular y recubrimiento superficial anticorrosivo del tipo anodizado
• Refractor prismático, fabricado en vidrio borosilicato resistente a impactos mecánicos y choques térmicos
• Portalámparas de alto impulso, fabricado en porcelana de alta calidad, con base mogul E-39 para la operación de una lámpara HID VSAP de 250 W
• Glándula hermética del tipo roscada, con diámetro nominal de 12.7 milímetros (1/2 de pulgada), ubicada en la parte lateral de la carcasa, con entrada para tubo conduit metálico con cable flexible de uso rudo para la conexión eléctrica con el balastro electromagnético del tipo autorregulado para operar una lámpara HID VSAP con potencia de 250 W que se encuentra alojado dentro del módulo de potencia de la carcasa
• Conjunto óptico que proporciona curvas de distribución fotométricas asimétricas del tipo abiertas o medias
• Herrajes y tortillería de sujeción o de montaje del luminario al muro o techo, fabricados en acero inoxidable para el aseguramiento mecánico de los componentes del conjunto óptico y del módulo de potencia
• Filtro de carbón activado incorporado en la parte superior del reflector para evitar altas temperaturas y presiones de operación en el interior del conjunto óptico
• Conjunto óptico y módulo totalmente herméticos, con lo cual se asegura una alta protección contra el ingreso de partículas contaminantes sólidas o líquidas (IP65)
• Accesorios opcionales, como guarda metálica de malla electrosoldada, fabricada en acero inoxidable, para la protección contra impactos mecánicos del conjunto óptico independiente y visores superiores o laterales del conjunto óptico para reducir deslumbramientos, fabricados en fundición de aluminio inyectada en alta presión

Como reemplazo de los tradicionales luminarios para la iluminación general de los túneles vehiculares, que aún operan una lámpara HID VSAP, con potencia de 250 W, se han desarrollado modernos y avanzados modelos de luminarios con LED, con potencia de 140 W, los cuales integran 140 LED de alta potencia de 1 W, tipo SMD 3040, para las mismas aplicaciones, y que presentan las siguientes características técnicas de diseño, construcción y desempeño:

• Carcasa con disipador posterior de calor del conjunto óptico, fabricada en extrusión de aluminio o fundición de aluminio inyectada en alta presión
• Acabado superficial externo de la carcasa con un tratamiento previo de fosfato de zinc, con recubrimiento de pintura termoendurecible de resina poliéster en polvo, aplicado mediante proceso electrostático
• Conjunto óptico con empaque termoformado perimetral interno, fabricado en hule silicón o poliuretano de alta resistencia a la temperatura, para asegurar una alta hermeticidad de cierre con el marco portarrefractor, fabricado en extrusión de aluminio o fundición de aluminio inyectada en alta presión
• Módulo de potencia independiente con disipador de calor, integrado por una carcasa fabricada en fundición de aluminio inyectada en alta presión para alojar un controlador atenuable electrónico, con potencia de 140 W y voltaje de alimentación de 120 a 277 V o de 347 a 480 V en corriente alterna, para la operación de 140 LED de alta potencia de 1 W tipo SMD 3040
• Refractor plano fabricado en vidrio claro termotemplado, con espesor de 5.6 milímetros (7/32 de pulgada), resistente a impactos mecánicos y choques térmicos
• Glándula hermética inferior del tipo roscada, con diámetro nominal de 12.7 milímetros (1/2 pulgada), ubicada en el módulo de potencia independiente, con entrada para tubo conduit con cable flexible de uso rudo para la conexión eléctrica del controlador atenuable electrónico
• Conjunto óptico independiente que proporciona curvas de distribución fotométricas simétricas o asimétricas del tipo abiertas o medias
• Herrajes y tortillería de sujeción o de montaje del luminario al muro o techo, fabricados en acero inoxidable, para el aseguramiento mecánico de los componentes del conjunto óptico y del módulo de potencia independientes
• Ménsulas laterales ajustables de montaje a muro o techo para la fijación de la carcasa del módulo de potencia independiente, fabricadas en placa de acero inoxidable con un espesor de 3.175 milímetros (1/8 de pulgada)
• Conjunto óptico y módulo de potencia totalmente herméticos, con lo cual se asegura una alta protección contra el ingreso de partículas contaminantes sólidas o liquidas (IP65)
• Accesorios opcionales, como guarda metálica de malla electrosoldada, fabricada en acero inoxidable, para la protección contra impactos mecánicos del conjunto óptico, cables de seguridad para la sujeción del luminario a la estructura o superficie de montaje, fabricados en acero inoxidable, así como visores superiores o laterales del conjunto óptico independiente para reducir deslumbramientos, fabricados en extrusión de aluminio o fundición de aluminio inyectada en alta presión

Para utilizar adecuadamente en la iluminación general de túneles vehiculares luminarios con una potencia de 140 W, integrados por 140 LED de alta potencia de 1 W, tipo SMD 3040, en sustitución de los luminarios convencionales de VSAP, con potencia de 250 W, es necesario considerar los siguientes aspectos para su mejor selección e implementación:

• Realizar los comparativos técnicos y análisis económicos que sean necesarios
• Las condiciones actuales de la instalación para la obtención de niveles de iluminación similares al realizar la sustitución, considerando la luminancia
• Los costos iníciales y de operación de la propuesta de sustitución
• El desempeño fotométrico o la eficiencia energética que se puede obtener
• Los retornos de inversión y los recursos de financiamiento que se puedan disponer

Con base en estas consideraciones técnicas y económicas, el reemplazo de las lámparas convencionales HID de VSAP por luminarios con LED puede llevarse a cabo de forma adecuada, disminuyendo el consumo eléctrico de la instalación general.

Gabriel Torres Aguilar
Cuenta con una trayectoria profesional de 23 años en el medio de la Iluminación Profesional, en las áreas Comercial, Normalización, Certificación, Proyectos, Consultoría Técnica y Pruebas de Laboratorio. Es Ingeniero Electricista por la ESIME del IPN. Actualmente, se desempeña como gerente Técnico en la empresa mexicana L.J. Iluminación. Es miembro integrante del SC-34D Luminarios del Comité de Normalización de ANCE y es representante titular ante la sección III-Iluminación de Caname. Ha pertenecido al programa de Certificación Lighting Consultant de Philips Lighting México.