En el análisis y medición de la eficiencia energética de una instalación de alumbrado es fundamental el conocer una serie de parámetros como: los consumos energéticos, las horas de funcionamiento, la iluminancia o la uniformidad, tal como se refleja en el Reglamento de Eficiencia Energética para las Instalaciones de Alumbrado Exterior. Por lo que estos parámetros deben ser estudiados y conocidos, tanto en el diseño y validación del proyecto, como a lo largo de todo el periodo de vida de la instalación.

Los consumos de las instalaciones son habitualmente obtenidos a través de: cálculos teóricos a partir de inventarios, de la facturación eléctrica o de los registros de un sistema de telegestión. Pero lo que a menudo no es tan sencillo de conocer son las prestaciones lumínicas de las instalaciones. Si bien todo proyecto de instalación contiene cálculos de niveles y otros parámetros, estos se comprueban al final de la ejecución mediante la verificación inicial y no existe un seguimiento de los mismos a lo largo del tiempo ni en toda la extensión de la instalación.
La obtención de estas medidas, como por ejemplo la iluminancia y la uniformidad, normalmente requiere de la realización de procesos relativamente complejos y difíciles de ejecutar de una forma periódica o frecuente, así como extender su uso a la totalidad de las instalaciones. Es decir, mientras que se suele tener un conocimiento  de los consumos de las instalaciones, no se puede decir lo mismo acerca de las prestaciones lumínicas de las mismas.

 

Particularidades de las mediciones sobre vehículos
Una solución a esta problemática es la utilización de un vehículo para realizar las medidas de las iluminancias. De esta forma se agiliza la toma de datos, haciendo la tarea de medir una calle entera un proceso tan simple y rápido como recorrerla en coche, para estudiar grandes áreas en tiempos relativamente breves. Otra ventaja derivada es que no son necesarios los cortes de circulación para tomar medidas sobre la calzada, ya que el vehículo puede integrarse en el tráfico.
Existen, en cambio, limitaciones que afectan notablemente a la hora de comparar la metodología habitual a la metodología empleando un vehículo. Aunque estudiando casos prácticos y analizando esta cuestión se puede decir que, los valores de iluminancias y uniformidades obtenidos por métodos tradicionales, como los observados por el Regla-mento de Eficiencia Energética, no son valores directamente comparables, aunque los valores de iluminancia media son aceptablemente parecidos y las uniformidades obtenidas acotan inferiormente los valores reales.

El hecho de que las medidas no sean directamente comparables con los métodos habituales, no impide la utilidad de las medidas, ya que permite constatar las variaciones de iluminancias, y del flujo lumínico útil que dan las luminarias. Es decir, estudiando el comportamiento de las medidas a lo largo del tiempo (entre diferentes sesiones de medidas en diferentes días) y a lo largo del recorrido (en una misma sesión de medidas en función de la distancia) puede permitir sacar conclusiones sobre el comportamiento y la evolución, de las iluminancias medias y las uniformidades, similares a las que se obtendrían por métodos manuales.
Además, este factor de error de las iluminancias medias, respecto de las medidas en el techo del vehículo a las medidas en el suelo, será muy similar en el tiempo. Por lo cual, en el cálculo del factor de mantenimiento que es el coeficiente entre la iluminancia media inicial y la iluminancia media actual, al ser un error similar éste se  cancelará y el factor de mantenimiento resultante será prácticamente igual al obtenido realizando las medidas en el suelo.

Así pues, resumiendo, si bien la metodología de medición de iluminancias con un vehículo no puede proporcionar valores absolutos directamente comparables con los valores establecidos en el diseño de las instalaciones, sí que puede ser útil para controlar y hacer el seguimiento de las prestaciones de las instalaciones, de la efectividad las actuaciones realizadas, de la evolución de la eficiencia energética y del factor de mantenimiento, todo de una forma mucho más ágil, sencilla y extensiva.
Otra cuestión a tener presente es que la reglamentación y normativa, tanto nacional como internacional, la mayoría de métodos para la medición de la iluminancia media de un área de alumbrado exterior, se basan en la realización de una retícula de 3 puntos de medición transversales, con una separación entre ellos de máximo 1 m, por N puntos en dirección longitudinal.

Integración de los diferentes elementos
Los equipos o soluciones actuales se basan, normalmente, en la integración de diferentes elementos, que se encuentran en el mercado en un determinado momento, y a partir de los que se desarrolla un software a medida para esa solución.
Esto implica la necesidad de integrar y sincronizar varios equipos de diferentes fabricantes, con las limitaciones que esto implica. Además de la problemática de que si algunos de los fabricantes modifica o deja de suministrar ese equipo, se debe buscar un sustituto y realizar su integración. Lo mismo sucede si se tiene que cambiar el ordenador empleado y tiene otra versión del sistema operativo. Por lo que en muchas ocasiones estos equipos se convertían en soluciones únicas que difícilmente se les podía dar una continuidad en el tiempo como producto estándar de mercado.
Además las limitaciones en el sincronismo entre las medidas de posición y la medida de iluminancia, junto con los tiempos de actualización de la posición, implicaba que para reducir los errores y disponer de medidas a distancias uniformes, se debía limitar la velocidad de lectura del vehículo
Por lo que a partir de todas estas premisas, se determinó que los sensores luxométricos disponibles en el mercado no cubrían las necesidades a un coste adecuado y que lo mejor era desarrollar un sensor luxométrico propio con el sensor de posición GPS integrado, así como el correspondiente software de gestión de los datos.

Sensor LX-GPS
El sensor luxométrico precisa de unas prestaciones determinadas, entre las que destaca la de tener una caracterización próxima a la del ojo humano. Para ello y con la colaboración de la UPC, se determinó los filtros y el difusor que precisaba el captador luxométrico elegido. Por lo se desarrolló un difusor exclusivo con los filtros incorporados para ajustar tanto la curva V-lambda como el coseno alfa.
Otra prestación importante era el rango y la precisión de la medida, para garantizar su utilización tanto de día como de noche y poder analizar la interacción de los alumbrados artificiales con las condiciones climáticas, como por ejemplo en el alumbrado de refuerzo de túneles. Por lo que el LX-GPS dispone de un rango de media de 0 a 50.000 luxes y una precisión autoajustable.
Al estudiar el desarrollo del sensor luxométrico se decidió que lo más adecuado sería que la trasmisión de datos al ordenador se realizará directamente sin la necesidad de un adaptador o conversor, por lo que el sensor integra el convertidor de señal y proporciona el dato ya tratado. Además se optó por una conexión USB para la trasmisión directa del dato de la iluminancia a cualquier tipo de ordenador con Windows (portátil, netbook, tablet, etc.). Esta conexión, además de rápida, permite alimentar a la sonda con 5 V, evitando el uso de cables adicionales.
Para solucionar el problema de sincronización entre el luxómetro y el GPS, se han integrado ambos dentro del sensor LX-GPS (figura 1), para que el captador luxométrico y el lector GPS sean controlados por el mismo microprocesador, utilizando una única conexión USB y protocolo, para comunicarse con el ordenador.

Gracias a que las actualizaciones de los datos, de la iluminancia y de la posición, sean síncronas y de frecuencia ajustable, permite una menor incertidumbre del posicionamiento, respecto a otros sistemas de frecuencia fija, y por lo tanto una mayor uniformidad de distribución de las medidas, lo que posibilita la captura de datos a las velocidades de circulación máximas permitidas.
Por otro lado, la necesidad de poder realizar un sistema de medida de la iluminancia media basado en matrices de tres puntos paralelos, se ha soluciona con un concentrador de puertos USB y se ha desarrollado el software de forma que pueda registrar las medidas de 1 a 3 sensores LX-GPS. Esto permite aumentar la precisión general del sistema, tanto al evaluar iluminancias como a la hora de estimar la posición. Véase la Figura 2.

Software LX-GPS
La principal función del módulo de captura de las medidas, es la de realizar la lectura de las iluminancias instantáneas y de sus posición GPS correspondiente. Las medidas se van registrando a intervalos regulares de distancia en función de la velocidad de circulación. De esta forma se garantiza que las interdistancias son aproximadamente las mismas y ninguna zona de medida tiene una concentración de medidas superior a otras, hecho que desvirtuaría el valor medio.
Además para ayudar a realizar la captura de los datos, dispone de una pantalla en donde se visualizan el valor instantáneo, en lux, para cada una de los hasta 3 sensores LX-GPS que podemos registrar simultáneamente, así como el valor medio de los tres (figura 3). También se visualiza información adicional, como: si hay cobertura GPS, la posición actual, el número de satélites disponibles, la velocidad a que se circula, la distancia recorrida, etc.

Respecto a la lectura de la posición GPS, destacar que cuando por cualquier motivo (pasos inferiores, túneles, etc.) se pierde momentáneamente la posición GPS, el sistema puede continuar registrándola, hasta que esta se recupera, y posteriormente interpola las posiciones de las medidas que se hicieron.
Al visualizar una tarea tenemos la representación gráfica de las iluminancias medidas en luxes y la distancia recorrida en metros. Además de un resumen de toda la tarea, con la iluminancia media y la uniformidad. También podemos seleccionar un área de la gráfica y el sistema calculará los valores de iluminancia y uniformidad, de este tramo, comparando estos valores parciales con los valores de toda
la tarea.

Pero no solo podemos analizar una tarea individualmente sino que podemos comparar dos tareas entre ellas, visualizando la representación gráfica de ambas tareas (figura 4). Además de obtener el resumen de la iluminancia y la uniformidad de cada tarea, se calcula el porcentaje de variación entre tareas.
En resumen, el sensor LX-GPS es un equipo específico para esta aplicación y que se ha diseñado para su fabricación en serie, lo que garantiza su suministro y coste adecuado.
La filosofía de sistema LX-GPS es que sea una herramienta estándar y no una solución puntual, por lo que irá evolucionando y aumentado sus prestaciones. Y especialmente en lo referente al software de análisis de los datos, incorporándose nuevas prestaciones, como la visualización y tratamiento cartográfico de las tareas.

Autor:

Carlos Sierra Garriga, ETSEIB-UPC; Rubén Sanz Ciria, ETSEIB-UPC;
Carlos J. Vives Nebot; AFEISA

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