Optimización del algoritmo de control del sistema de iluminación del túnel Buenavista de la carretera Bogotá - Villavicencio / Algorithm optimization of lighting control system of tunnel road buenavista Bogotá – Villavicencio
Autor: Daza Ramírez, Farley Antonio
Asesor: Herrera, Fernando (Thesis advisor)
Fecha: 2010
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: La optimización del algoritmo de control del sistema de iluminación del túnel Buenavista de la carretera Bogotá-Villavicencio, se orienta por su dimensión, potencia instalada, disponibilidad de información de diseño, y elementos actuadores que facilitan el control sectorizado de la iluminación al interior del túnel. La actualización se hace para fijar parámetros de operación de la iluminación del túnel Buenavista conforme a la resolución 180540 del 30 de marzo de 2010 “RETILAP” la cual a su vez llama al cumplimiento de la norma europea CIE 88:2004 en su SECCIÓN 570 que indica “El objetivo de la iluminación de túneles es suministrar una apropiada visibilidad a los conductores tanto en el día como en la noche”. Los resultados mejoran el confort visual y optimizan los costos de operación, obteniendo que la mayor parte del tiempo un circuito de iluminación estará apagado, contrario al algoritmo original; así mismo se identifica que en la operación diurna no se encienden el 100% de los circuitos de refuerzo de baja potencia en la zona interior 2 y que en la operación nocturna se requiere de la continua operación de 1 circuito de refuerzo en las zonas de umbral y transiciones. Las conclusiones y recomendaciones invitan a la calibración de los equipos de medición existentes, a mejorar el mantenimiento de las luminarias y a ejecutar un mantenimiento correctivo de las luminarias, para mejorar los niveles de uniformidad en algunas zonas, conforme a lo recomendado en el numeral 6.11 de la CIE 88:2004. / Abstract. The control algorithm optimization of the lighting system of the tunnel road Buenavista Bogotá - Villavicencio, is guided by its size, installed capacity, availability of design information, and elements that facilitate the control actuators sectorized lighting inside the tunnel. The update is made to set operating parameters of Buenavista tunnel lighting in accordance with resolution 180 540 of March 30, 2010 "RETILAP" which in turn calls to compliance with the European standard CIE 88:2004 in Section 570 that states "The purpose of the lighting of tunnels is to provide an adequate visibility for drivers both day and night." The results improve the visual comfort and optimize the costs of operation, obtaining that most of the time a circuit of lighting will be extinguished, opposite to the original algorithm; likewise there is identified that in the diurnal operation there is not ignited 100 % of the circuits of reinforcement of low power in the interior 2 zone and that in the night operation it is needed of the continuous operation of 1 circuit of reinforcement in the zones of Threshold and transitions.  The conclusions and recommendations invite to the calibration of the existing equipments of measurement, to improving the maintenance of the lights and to executing a corrective maintenance of the lights, to improve the levels of uniformity in some zones, in conformity with the recommended in the numeral 6.11 of the CIE 88:2004.

OPTIMIZACIÓN DEL ALGORITMO DE CONTROL DEL SISTEMA DE ILUMINACIÓN
DEL TÚNEL BUENAVISTA DE LA CARRETERA BOGOTA - VILLAVICENCIO
FARLEY ANTONIO DAZA RAMÍREZ
COD. 02299957
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
2010OPTIMIZACIÓN DEL ALGORITMO DE CONTROL DEL SISTEMA DE ILUMINACIÓN
DEL TÚNEL BUENAVISTA DE LA CARRETERA BOGOTA - VILLAVICENCIO
FARLEY ANTONIO DAZA RAMÍREZ
COD. 02299957
TRABAJO DE GRADO PRESENTADO PARA OPTAR TÍTULO DE:
ESPECIALISTA EN ILUMINACIÓN PÚBLICA Y PRIVADA
Director:
FERNANDO HERRERA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
2010
2CONTENIDO
Pág.
0. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 5
1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................................... 9
1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................. 9
2. CONCEPTOS TEÓRICOS ................................................................................................................... 10
2.1 CONFIGURACIÓN DEL ALUMBRADO (CASO TÚNEL BUENAVISTA) ..................................................... 10
2.2 EQUIPOS DE ALUMBRADO ................................................................................................................. 10
2.3 SENSOR DE LUMINANCIA .................................................................................................................. 11
2.4 SENSORES DE ILUMINANCIA ............................................................................................................. 12
2.5 ILUMINACIÓN EN EL INTERIOR DE UN TÚNEL .................................................................................... 13
2.5.1 Iluminancia en la noche al interior del túnel .............................................................................. 13
2.6 LA ADAPTACIÓN ............................................................................................................................... 13
2.7 SISTEMAS DE CONTROL DE ILUMINACIÓN EN LOS TÚNELES BUENAVISTA ......................................... 15
2.7.1 Control On/Off dinámico ............................................................................................................. 15
2.7.2 Equipos para realimentar condiciones de iluminación ............................................................... 16
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................. 17
3.1 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA ......................................................................................................... 17
3.2 CONTROL Y SUPERVISIÓN DEL SISTEMA DE ILUMINACIÓN ................................................................ 18
3.2.1 Modo automático del sistema de control de iluminación ............................................................ 19
3.2.2 Falencia en el cumplimiento de la norma CIE 88:2004 .............................................................. 20
3.3 CONSUMOS ENERGÉTICOS ................................................................................................................ 22
3.4 CONTROL OSCILANTE SOBRE LA ILUMINACIÓN ................................................................................. 23
4. METODOLOGÍA DE TRABAJO ........................................................................................................ 25
5. RESULTADOS ....................................................................................................................................... 26
5.1 RECOPILACIÓN DE DATOS ................................................................................................................. 27
5.1.1 Metodología de medición ............................................................................................................ 27
5.1.2 Resultado de los niveles de iluminación aportados en cada zona por las luminarias de cada
circuito. .................................................................................................................................................... 28
5.1.3 Determinación de la luminancia de la zona de acceso L ......................................................... 29
20
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................................. 32
6.1 NIVELES DE ILUMINACIÓN DEL TÚNEL BUENAVISTA ........................................................................ 32
6.2 CÁLCULOS DE OPERACIÓN ................................................................................................................ 32
6.2.1 Modo noche ................................................................................................................................. 32
6.2.2 Modo Día .................................................................................................................................... 33
6.2.3 Iluminación de emergencia ......................................................................................................... 37
37. DISEÑO DEL ALGORITMO DE CONTROL ................................................................................... 39
7.1 VERIFICACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL NUEVO ALGORITMO .......................................... 45
7.2 ESTIMADO DE AHORROS ENERGÉTICOS ............................................................................... 53
7.2.1 Con estados fijos de operación modificados ............................................................................... 53
7.2.2 Con estados variables de operación ............................................................................................ 54
7.3 ALCANCES DE AHORRO ENERGÉTICO PROPUESTOS POR EL PROURE ............................................... 58
8. CONCLUSIONES .................................................................................................................................. 60
9. RECOMENDACIONES ........................................................................................................................ 62
10. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 63
4LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Demanda energética del sistema de iluminación 23
Tabla 2. Secuencia (original) de encendido de la iluminación del túnel Buenavista (>120 Lux) 26
Tabla 3. Secuencia (original) de apagado de la iluminación del túnel Buenavista (<200 Lux) 26
Tabla 4. Longitud de las zonas 28
Tabla 5. Medición de iluminancia aportada en cada zona por las luminarias de los respectivos
circuitos de iluminación en el portal TRAPICHE del túnel BUENAVISTA 29
Tabla 6. Máximos de luminancia en el último año en el portal trapiche 30
Tabla 7. Bandas de operación calculadas desde los niveles ofrecidos por cada circuito 37
Tabla 8. Valores de luminancias máximas para el estado Seminublado 37
Tabla 9. Valores de luminancias máximas para el estado Nublado 38
Tabla 10. Valores de luminancias máximas para el estado Nocturno 38
Tabla 11. Operación de los circuitos por zona 38
Tabla 12. Circuitos que no operan en los 3 modos Diurnos 53
Tabla 13. Circuitos adicionales que operan en modo Nocturno 54
Tabla 14. Niveles de operación para un día típico 56
5LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Configuración de iluminación simétrica 10
Figura 2. Sensor de Luminancia. 12
Figura 3. Sensor de Iluminancia. 12
Figura 4. Tiempos de adaptación del ojo humano. 14
Figura 5. Distribución de luminancia en túnel unidireccional. 14
Figura 6. Distribución de luminancia en túnel Bidireccional. 15
Figura 7a. Sistema de control en lazo cerrado para un sistema de iluminación en túneles. 16
Figura 7b. Equipos de control de un sistema de iluminación. 16
Figura 8. Diagramas de bloques del software de control de la iluminación del túnel Buenavista. 18
Figura 9. Curva de luminancia de la CIE 88:2004 20
Figura 10. Luminancia externa en el túnel BUENAVISTA portal Trapiche. 21
Figura 11. Luminancia interna en el túnel BUENAVISTA. 21
Figura 12. Detección del sensor de iluminancia. 24
Figura 13. Método de medición de los 9 puntos aplicada. 27
Figura 14. Luminancia L20 externa en el túnel BUENAVISTA portal Trapiche del 19/05/2010. 30
Figura 15. Vista del portal Trapiche desde la distancia (DS) del luminancímetro respectivo. 31
Figura 16. Inserción del algoritmo de control. 40
Figura 17. Algoritmo general de control de iluminación para los portales Trapiche y Rionegro. 41
Figura 18. CF121 Detector de falla de luminancímetros 42
Figura 19. CF122 Evalúa banda de operación 43
Figura 20. CF123 Evalúa si hay cambio de bandas de operación 44
Figura 21. CF124 Enciende circuitos específicos 41
Figura 22. CF127 Apaga circuitos específicos 45
Figura 23. Detector de falla operando 46
Figura 24. Detector de falla operando y asignando el valor del luminancímetro operativo 46
Figura 25. Timer 146 con ciclo de muestreo cada 15 minutos 47
Figura 26. FC122 evaluador de bandas 47
Figura 27. FC123 Comparador de bandas 48
Figura 28. FC124 y FC127 ON / OFF de los circuitos de operación 48
Figura 29. Rutina para borrar órdenes de ON u OFF de los circuitos 49
Figura 30. Evaluador de cambios de banda posteriores 49
Figura 31. DB110 que almacena todas las variables del nuevo algoritmo 50
Figura 32. Luminarias 100% encendidas con software anterior (original) 50
Figura 33. Luminarias operan con el nuevo algoritmo, portales independientes, Interior2
apagado siempre 51
Figura 34. Luminarias operan con el nuevo algoritmo, modo Nocturno solo CTO8 52
Figura 35. Niveles de operación para las luminancias del portal Trapiche 55
60. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo final tuvo como objetivo la optimización del algoritmo de control del
sistema de iluminación de uno de los dos túneles del tramo 6 de la carretera Bogotá -
Villavicencio, siendo el túnel Buenavista el objetivo dada su dimensión, potencia instalada,
disponibilidad de información de diseño, disposición para la toma de medidas en sitio y
elementos actuadores que facilitaban el control sectorizado de la iluminación al interior del
túnel.
Ésta actualización se hizo con el fin de fijar parámetros de operación de la iluminación del
túnel Buenavista conforme a la resolución 180540 del 30 de marzo de 2010 “RETILAP” la
cual a su vez llama al cumplimiento de la norma europea CIE 88:2004 en su SECCIÓN 570
que indica “El objetivo de la iluminación de túneles es suministrar una apropiada visibilidad a
los conductores tanto en el día como en la noche”.
Para cumplir con los objetivos se parte de lo siguiente:
 Información de cálculos existentes para el túnel Buenavista.
 Información de la distribución eléctrica de las luminarias por zona de operación.
 Ejecución de mediciones de iluminancia en cada una de las zonas del portal.
 Análisis de los resultados.
 Inspección visual de las diferentes alternativas.
 Selección de los parámetros óptimos de operación.
Los resultados obtenidos mejoran el confort visual y la optimización de costos de operación,
dado que en la mayor parte del tiempo por lo menos 1 circuito de iluminación permanecerá
apagado si se compara con el algoritmo que actualmente opera; así mismo se ha
identificado que para la operación Diurna del túnel no se requiere el encendido del 100% de
las luminarias de refuerzo de baja potencia de la zona interior2 del túnel Buenavista y que
en la operación Nocturna se requiere de la permanente operación de 1 circuito de refuerzo
de baja potencia en las zonas de Umbral y transiciones antes de la zona ineterior1.
Las conclusiones y recomendaciones invitan a la calibración de los equipos de medición
existentes en el túnel Buenavista, a la mejora en el mantenimiento de las luminarias y de un
ejercicio de mantenimiento correctivo las luminarias para mejorar los niveles de uniformidad
en algunas de las zonas que están por debajo del 40% recomendado en el numeral 6.11 de
la CIE 88:2004.
Este trabajo se considera como la primera etapa en el rediseño del algoritmo de control del
sistema de iluminación del túnel Buenavista y se han observado algunas mejoras
potenciales que se pueden cumplir en una segunda etapa como son:
7 No usar el valor inmediato de la luminancia externa aportada por cada sensor de
cada portal para que el algoritmo actúe, ya que si se usa un valor promedio de bajo
intervalo de tiempo, evitaría que el algoritmo tomara decisiones sobre valores picos
no duraderos externos y mejoraría la operatividad del sistema.
 Para el caso de la zona Umbral1, Umbral2, Transición1 y Transición2 donde hay 3
circuito de alta potencia, es posible alargar su la vida útil de las luminarias si a cada
circuito se asocia un HORÓMETRO (virtual) como registro de operación, cuyo valor
será usado por el algoritmo para dar uso parejo o equilibrado a cada circuito, esto
hace que todas las luminarias después de un tiempo determinado tengan
relativamente las mismas horas de operación.
 Los bit´s de confirmación que son enviados desde los actuadores de campo
(contactores) de cada circuito pueden usarse para poner en funcionamiento otro
circuito de iluminación de la misma Zona, dado que un valor específico (CERO
LÓGICO) indicaría que uno de los circuito ha dejado de funcionar por alguna razón y
es relevado por un circuito disponible para mantener los niveles de confort visual
para la zona específica.
Este trabajo es base para mejor compresión de la norma CIE 88:2004, de la importancia del
confort visual en túneles carreteros y la oportunidad de optimizar los costos operacionales
de un túnel en cuanto al gasto energético en iluminación.
81. OBJETIVO GENERAL
Optimizar el software de control del sistema de iluminación del túnel BUENAVISTA ubicado
en la vía Bogotá-Villavicencio.
1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Medir los niveles de iluminancia que aporta cada circuito de luminarias en cada una de
las zonas del túnel Buenavista.
2. Fijar parámetros bandas de operación de acuerdo a las recomendaciones del
RETILAP y la CIE, tomando de base los datos de diseño contenidos en las memorias
de cálculo para la iluminación del túnel Buenavista.
3. Diseñar el algoritmo de control óptimo, teniendo en cuenta los dos sensores de
Luminancia existentes (uno en cada portal), así como mantener funcional los
algoritmos de emergencia existentes.
4. Dejar disponibles para ajuste las bandas de operación para el control de la iluminación
para los 4 modos (Nocturno, Soleado, Nublado y Seminublado), así como los tiempos
de transición o de permanencia en cada banda de operación.
5. Dejar registro en la base de datos de los eventos de cada circuito de iluminación
controlable, con el fin de poder verificar el funcionamiento de los tiempos de control vs.
niveles de luminancia externa e iluminancia interna.
6. Verificar si el proyecto aplica como desarrollo para el Uso Racional de la Energía URE
(Res 18919).
92. CONCEPTOS TEÓRICOS
El tipo de iluminación para túneles, su configuración y en general los parámetros de diseño
son únicos para cada túnel, tales como: la interdistancia, potencia de las luminarias, tipos de
luminarias, ubicación y posición, factores que son dependientes de las características
constructivas finales del túnel, reflectividad de las paredes y del piso, máximos de
luminancia diurna exterior, velocidad de tráfico máximo, tráfico vehicular por carril, entre
otros.
2.1 Configuración del alumbrado (caso Túnel Buenavista)
Alumbrado simétrico: Este es el caso la luz se dirige simétricamente con relación al plano
paralelo al sentido de la circulación.
Figura 1. Configuración de iluminación simétrica.
Fuente: http://www.schreder.com/documents/_Dossier/PDF/Spanish/200702081128/2014_TUNNEL_ES_V3Fin.pdf
2.2 Equipos de alumbrado
Las lámparas utilizadas en los túneles BUENAVISTA y en general para cualquier túnel se
caracterizan por una elevada eficiencia luminosa y larga vida útil. Por ello se recomienda
utilizar lámparas de vapor de sodio a alta presión, fluorescentes, LED o de inducción
dispuestas en filas continuas en paredes.
10En la entrada, donde los requerimientos luminosos son mayores se instalan lámparas de
mayor potencia.
Las luminarias, son robustas, herméticas, resistentes a las agresiones de los gases de
escape y los productos de limpieza. Además de ser de fácil instalación, acceso y
mantenimiento.
Debido a los gases de escape y partículas en suspensión, debe existir un plan de
mantenimiento y limpieza periódica que garanticen la permanencia de la calidad de la
iluminación en cada una de las zonas al interior del túnel.
Cuando un automóvil circula por un túnel, hay que evitar que sufra molestias a causa del
fenómeno estroboscópico (“flicker”). En función de la velocidad de circulación y del
espaciado de las luminarias, aparece un fenómeno de centelleo cuando la frecuencia de
percepción de los flashes causados por las fuentes luminosas se sitúa en un rango que va
de 4 a 11 Hz. Estas frecuencias corresponden a frecuencias hipnóticas y siempre hay que
intentar evitarlas para garantizar una seguridad óptima para los conductores que circulen
dentro del túnel. Este fenómeno es bastante común en túneles largos.
Existe un espaciado mínimo y máximo de las luminarias que hay que evitar en función de la
velocidad de circulación de los conductores. Por ejemplo, para el TÚNEL BUENAVISTA
cuando se circula a una velocidad (de diseño) de 60 km/h, equivale a 16,6 m/s, no son
aceptables los espaciados entre luminarias que van de 1,5 m (f = 16,6/1.5 = 11 Hz) a 4,1 m
(f = 16,6/4,1 = 4 Hz).
En los túneles como el de Buenavista se debe contar además, de un sistema de
alumbrado de emergencia que garantiza unos niveles mínimos de iluminación en caso de
apagón. En este sentido se tiene por lo menos el funcionamiento los circuitos de luminarias
de baja potencia (50w) que ofrecen al menos 1 Cd/m2 para el caso del TÚNEL
BUENAVISTA.
2.3 Sensor de Luminancia
Un sensor de luminancia o luminancímetro1 debe ser capaz de obtener el valor medio en el
cono de 20 grados, según la normativa CIE-88:2004, introducido en una carcasa de Con
IP65, un soporte orientable en elevación y azimut. Debe disponer de un sistema de
calefacción interno para evitar empañamientos de la ventana o de la óptica interna, con
valores de conexión y desconexión de 10 y 25 grados centígrados respectivamente.
El luminancímetro se compone de la óptica necesaria para la medida del cono de 20 grados,
un fotodetector de silicio de curva espectral aproximada a la del ojo, electrónica de
acondicionamiento de señal de alta sensibilidad y conversor analógico-digital para muestreo
de la señal e incorporación a los algoritmos de control.
1 http://www.tunnel‐lighting‐control.com/luminancesensor.html
11Su instalación debe estar a una distancia de frenado (DS) desde el portal del túnel, distancia
equivalente a la del Umbral1 + Umbral2.
Figura 2. Sensor de Luminancia.
Fuente: http://www.sifisa.es/pdf/datasheet.pdf
2.4 Sensores de Iluminancia
El sensor de Iluminancia2 ó luxómetro sirve para la medición precisa condiciones luminosas
en un sector o zona específica, es conformado principalmente por un fotodiodo con una
respuesta semejante a la del ojo humano, tal y como establece la CIE.
Figura 3. Sensor de Iluminancia.
Fuente: http://www.ocean-net.info/instrumentacion/deltaohm/Iluminancimetro.htm
2 http://www.tunnel‐lighting‐control.com/illuminancesensor.html
122.5 Iluminación en el interior de un túnel3
Las necesidades en iluminación de un túnel son totalmente diferentes de día y de noche.
Por la noche el problema es relativamente sencillo y consiste en la prestación de los niveles
de luminancia en la calzada iluminada del interior del túnel al menos igual a los que están
fuera del túnel. El diseño de la iluminación durante el día es especialmente crítico debido al
sistema de visual de los humanos. El conductor, fuera del túnel percibe mejor los detalles en
carretera bajo los niveles de iluminación existentes que son altamente iluminados que en el
interior del túnel donde es relativamente oscuro.
Los sistemas visuales no se adaptan fácilmente a una rápida reducción en la iluminación
ambiental, como el producido al pasar de la luz del día a la oscuridad de un túnel, estas
adaptaciones no son instantáneas. El proceso de adaptación lleva cierto tiempo y depende
de la amplitud de la reducción: Cuanto mayor sea la diferencia o amplitud mayor será el
tiempo de adaptación.
Para una velocidad de transito vehicular dada, es decir que cuanto mayor sea la diferencia
entre el nivel de iluminación exterior y el interior del túnel, será más larga la distancia que
requiere el sistema visual del conductor para adaptarse, esto quiere decir que las zonas de
umbral y transición se hacen más extensas en distancia.
2.5.1 Iluminancia en la noche al interior del túnel
Si el túnel es una parte de un camino sin luz, la luminancia media de la superficie de
carreteras en el interior no debe ser inferior a 1Cd/m2, la uniformidad global de al menos el
40% y el 60% longitudinal.
2.6 La adaptación4
La adaptación es la facultad del ojo para ajustarse automáticamente a cambios en los
niveles de iluminación. Se debe a la capacidad del iris para regular la abertura de la pupila y
a cambios fotoquímicos en la retina. Para pasar de ambientes oscuros a luminosos el
proceso es muy rápido pero en caso contrario es mucho más lento. Al cabo de un minuto se
tiene una adaptación aceptable. A medida que pasa el tiempo, vemos mejor en la oscuridad
y a la media hora ya vemos bastante bien. La adaptación completa se produce pasada una
hora.
3 Tomado del numeral 2 de la CIE88:2004.
4 http://edison.upc.edu/curs/llum/luz_vision/p_visual.html
13Figura 4. Tiempos de adaptación del ojo humano.
Fuente: http://edison.upc.edu/curs/llum/luz_vision/p_visual.html
Se trata, por lo tanto, de un problema de diferencia de niveles de luminancia entre el exterior
(aproximadamente entre 500-5000 Cd/m2) y el interior del túnel (aproximadamente 5-10
Cd/m2). Se estima que manteniendo un valor de luminancia próximo al exterior en toda su
longitud habríamos resuelto el problema, pero esta solución no es económicamente viable.
Figura 5. Distribución de luminancia en túnel unidireccional.
Fuente: http://www.scribd.com/doc/17456327/Lighting-Handbook-INDAL-Guide-espanol-
Lo que se hace en túneles largos como el túnel de BUENAVISTA con 4520m, con densidad
de tráfico elevado y circunstancias de contaminación que dificultan la visión, es reducir
progresivamente el nivel de luminancia desde la entrada hasta la zona central y por tratarse
14de un túnel BIDIRECCIONAL, las características de diseño de un portal se aplican al
segundo portal de acuerdo a la figura 6.
Figura 6. Distribución de luminancia en túnel Bidireccional.
Salida
Fuente: http://edison.upc.edu/curs/llum/luz_vision/p_visual.html
2.7 Sistemas de control de iluminación en los túneles Buenavista
Para el control de la iluminancia en el interior del túnel, éste está directamente relacionado
con la luminancia exterior en un solo Valor de Referencia del portal TRAPICHE que está
ubicado del lado VILLAVICENCIO y la hora del día para identificar DÍA o NOCHE, sin haber
puntos de transición en el día como Soleado, Nublado y Seminublado tal como lo define el
RETILAP en su numeral 570.8 “…se necesita asegurar tanto desde el punto de vista
económico, como del confort visual, que los niveles de iluminación dentro del túnel, se
ajusten automáticamente a las variaciones de la iluminación exterior”, “…a fin de adaptar el
régimen (soleado, nubloso, oscuro) a la relación L /L elegido”
th 20
.
2.7.1 Control On/Off dinámico
El túnel Buenavista ya cuenta con luminarias adicionales para apagar o encender una
determinada cantidad con el fin de mantener los niveles requeridos de iluminación interna en
cada una de las zonas, para poder adecuarlas de acuerdo a las condiciones externas y hora
del día.
152.7.2 Equipos para realimentar condiciones de iluminación
Para que el sistema sea dinámico y ajustable a lo largo del día de acuerdo a las condiciones
externas e internas, se hace necesario realimentar los niveles de luminancia o iluminancia
internos alcanzados y ajustarlos a los niveles externos de luminancia existentes, (ver figura
7a y 7b).
Figura 7a. Sistema de control en lazo cerrado para un sistema de iluminación en túneles.
Sensor de
Reloj Luminancia exterior
+ ‐
Valores de Actuadores
+ +
referencia ‐ (On/Off/Dimerizar
Sensor de Luminancia o
de Iluminancia interior
Fuente: Del Autor
Figura 7b. Equipos de control de un sistema de iluminación.
Fuente:http://www.scribd.com/doc/20258149/Lighting-Handbook-THORN-Tunnel-Lighting
163. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente5 el sistema de control de iluminación presenta la siguiente funcionalidad para
los túneles de Buenavista y Bijagual:
3.1 Configuración del sistema
El Sistema de Iluminación de los túneles está conformado por luminarias de vapor de sodio
de diferentes potencias distribuidas a lo largo del túnel por parejas simétricas, de forma
conveniente para obtener un nivel de Iluminación similar al otorgado por la luz del sol en los
portales de entrada, disminuyendo la intensidad paulatinamente a medida que se avanza
hacia el interior del túnel, con miras a lograr que la pupila del ojo de los conductores se
adapte, hasta llegar al nivel mínimo recomendado por los organismos internacionales para
tener visibilidad adecuada, el cual se mantiene a lo largo del túnel, hasta llegar al otro portal,
en donde se ejerce el efecto inverso para evitar un deslumbramiento en los ojos del
conductor a la salida.
La Iluminación mínima requerida o de emergencia está conectada a los sistemas de
alimentación ininterrumpida (UPS) con baterías, garantizándola en casos de emergencia
(apagón), para evitar que los usuarios del túnel generen accidentes producto de la pérdida
de iluminación en caso de falla del sistema de de energía.
Los circuitos de la totalidad del sistema están conectados de forma tal que permiten un
control escalonado y coordinado en los encendidos y apagados de las luminarias al
comenzar el día y al empezar la noche La capacidad de las luminarias depende del sitio
donde están instaladas; existen 3 niveles de iluminación, uno para los umbrales de entrada,
otro para las zonas de transición y otro para el cuerpo o zona central del túnel.
De acuerdo con la figura 8, se observa que actualmente los 4 portales de los 2 túneles
existentes (BUENAVISTA y BIJAGUAL) están siendo controlados por un solo sensor de
luminancia y por un horario, lo cual no está conforme a las recomendaciones RETILAP y de
la CIE 88:2004, ya que estos reglamentos o normativas indican que el control no se debe
hacer por horario y que cada portal debe ajustarse a su luminancia respectiva.
El túnel Buenavista cuenta con:
 146 luminarias de 400W en los umbrales cercanos a los portales, separadas por
parejas desde 1,6m cerca de los portales y hasta 8m en la zona de transición interior.
 28 luminarias de 250 W separadas entre 7 m y 10,5 m entre sí en la zona de
transición en el interior del túnel.
5 Manual de operación y mantenimiento TBB‐MO‐001.PDF de los túneles BUENAVISTA y BIJAGUAL
17 22 luminarias de 150 W separadas 21 m entre sí en la zona de transición interior del
túnel.
 430 luminarias de 2 x 50 W separadas 21 m entre sí en la zona central del túnel.
En cada nicho de parqueo se encuentran instaladas 4 luminarias MY, equipadas cada una
con dos bombillas fluorescentes de 32W T8 colocadas a una altura de 4 metros, a una
distancia de 12 metros entre ellas y con una inclinación de 30º.
Figura 8. Diagramas de bloques del software de control de la iluminación
del túnel Buenavista.
a
b
a) Valor luminancímetro 1 de la subestación 7
b) Reloj interno
Fuente: Sistema SCADA de los túneles BUENAVISTA y BIJAGUAL.
3.2 Control y supervisión del sistema de iluminación
Las luminarias instaladas en los umbrales y transiciones deberán apagarse a las 5:30 p.m. y
prenderse a las 6:00 a.m., de forma tal que se logre un cambio escalonado en los niveles de
iluminación, que no afecten la visibilidad de los conductores que a esas horas transitan por
el túnel.
La secuencia para la operación de prender las luminarias es la siguiente:
18 Encender circuito de iluminación normal del cuerpo del túnel (circuitos 1, 2, 3 y 4 de
las subestaciones 3 a la 6, circuitos 8, 9 y 10 de la subestación 2 y circuito 8 de la
subestación 7).
 Encender simultáneamente: transición 3 (circuito 7), circuito No. 1 (umbral 2,
transición 1 y 2) y circuito No. 1 de umbral 1 correspondiente a las subestaciones 2 y
7.
 Diez minutos más tarde, encender simultáneamente: circuito No.2 (umbral 2,
transiciones 1 y 2) y circuito No. 2 de umbral 1 correspondiente a las subestaciones 2
y 7
 Diez minutos más tarde, encender simultáneamente: circuito No. 3 (umbral 2,
transiciones 1y 2) y circuito No. 3 de umbral 1 correspondiente a las subestaciones 2
y 7
 El tiempo total del proceso de encendido de las luminarias es de 20 minutos
La secuencia para apagar las luminarias es la siguiente:
 Apagar simultáneamente: circuito Nº 3 (umbral 2, transiciones 1 y 2) y circuito Nº 3
de umbral 1 correspondiente a las subestaciones 2 y 7.
 Diez minutos más tarde, apagar simultáneamente: circuito Nº 2 (umbral 2,
transiciones 1 y 2) correspondiente a las subestaciones 2 y 7.
 Diez minutos más tarde, apagar simultáneamente: transición 3, circuito Nº 1 (umbral
2, transiciones 1 y 2) y circuito Nº 1 de umbral 1 correspondiente a las subestaciones
2 y 7
 Diez minutos más tarde, apagar circuitos de iluminación normal del cuerpo del túnel
(circuitos 1, 2, 3 y 4 de las subestaciones 3 a la 6, circuitos 8, 9 y 10 de la
subestación 2 y circuito 8 de la subestación 7).
El tiempo del proceso de apagado dura 30 minutos.
De conformidad con lo observado en la figura 10, y adicional a lo consignado en el manual
de operación las condiciones de encendido diurno deben cumplir que la luminancia externa
en el luminancímetro 3 de la subestación 7 supere las 120 Cd/m2 y para el apagado el
mismo sensor debe estar por debajo de las 200 Cd/m2.
3.2.1 Modo automático del sistema de control de iluminación
En este modo de operación, el software de control realiza las siguientes tareas:
 Encendido / apagado de luces diurnas / nocturnas para las zonas de umbral 1 y
umbral 2 de los portales de los túneles.
 Encendido / apagado de las luces diurnas / nocturnas para las zonas de transición 1,
2 y 3 de ambos extremos del túnel Buenavista.
19 Encendido / apagado de las luces diurnas / nocturnas para el cuerpo de los túneles.
3.2.2 Falencia en el cumplimiento de la norma CIE 88:2004
En la figura 9 se observa que la CIE88:2004 recomienda que la luminancia interior respecto
a la exterior esté de acuerdo a la luminancia exterior L .
20
Figura 9. Curva de luminancia de la CIE 88:2004
Fuente: CIE 88:2004
Conforme a la figura 9, se muestra en la figura 10 y 11 que el sistema de control a pesar de
detectar bajo nivel de luminancia externa, no ajusta completamente la iluminación interior de
acuerdo a la curva CIE.
20Figura 10. Luminancia externa en el túnel BUENAVISTA portal Trapiche.
Fuente: Sistema SCADA del túnel BUENAVISTA.
Figura 11. Luminancia interna en el túnel BUENAVISTA.
Fuente: Sistema SCADA de los túneles BUENAVISTA y BIJAGUAL.
21De acuerdo a las figuras 12 y 13, a la consideración de la CIE para la iluminación interior o
del cuerpo del túnel6 y que la consideración de diseño de 1 Cd/m2 = 10.76 luxes, podemos
apreciar que:
Luminancia Exterior = 49 Cd/m2, en la figura 10 si es menor a 200 lux (algoritmo original)
debería estar operando el modo noche, así pues:
CIE 88: 2004 tabla 6.7.2 e interpolando para una distancia de frenado de 68m.
DISTANCIA DE FRENADO LUMINANCIA REQUERIDA
60 1
160 2,5
Por interpolación 68 1,12
La zona Interior2 requiere de 1.12 Cd/m2.
Valor registrado por iluminancímetro = 41Lux.
Entonces:
1Cd/m2 10.76 Lux
1.12Cd/m2 12.05 Lux
X 41 Lux
X = 1*41/10.76 = 3.8 Cd/m2 , Entonces 3.8 Cd/m2 > 1.12 Cd/m2
Luego el cuerpo del túnel esta sobre iluminado para la luminancia modo NOCHE existente.
3.3 Consumos energéticos
El algoritmo actual no actúa sobre la iluminación del túnel para mantener el confort de
acuerdo a los valores de luminancia externos en cada portal7 de forma individual e
independiente, el nuevo algoritmos debe optimizar el control de iluminación, llevando el
consumo energético a unos niveles operacionales sostenibles y manteniendo las
características de adaptabilidad del ojo y el control de los demás fenómenos ópticos
atribuibles a la iluminación de túneles.
A continuación se lista la carga instalada en lo que concierne a iluminación del túnel
BUENAVISTA (se incluyen las pérdidas del balasto):
6 Numeral 6.7 Tabla 6.7.2 Luminancia en la segunda parte de la zona interior.
7 Recomendado por el numeral 570.8 RETILAP.
22Tabla 1. Demanda energética del sistema de iluminación
POTENCIA
TÚNEL
UBICACIÓN
BUENAVISTA
LUMINARIA
UMBRALES (1 Y2)
Y TRANSICIÓN 1 479W 146
(400W)
TRANSICIÓN 2
301W 28
(250W)
TRANSICIÓN 3
190W 22
(150W)
CUERPO (50W) 2X65W 430
TOTAL LUMINARIAS 1056
POTENCIA INSTALADA TOTAL
138,442
(KW)
Fuente: Manual de operación y mantenimiento TBB-MO-001.PDF de los túneles BUENAVISTA y BIJAGUAL
3.4 Control oscilante sobre la iluminación
Como se puede observar en la figura 12, un nivel de luminancia cercano al límite de
cambios de operación de modo día a modo noche (200 lux para e algoritmo actual) tiene
directa influencia en la iluminación, es decir, los circuitos de iluminación se encienden y se
apagan en repetidas ocasiones, causando una pérdida de energía por su operación y una
directa disminución de la vida útil de los componentes de las luminarias accionadas.
23Figura 12. Detección del sensor de iluminancia.
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
244. METODOLOGÍA DE TRABAJO
1. Hacer una revisión al software de control, verificando los tiempos de activación de los
circuitos de iluminación Vs. Los niveles de luminancia exteriores.
2. Realizar una recopilación de datos de mediciones para determinar los niveles de
operación o bandas de operación para la dimerización de la iluminación en el interior
del túnel.
3. Identificar las variables que se usan en el software para la activación de cada circuito y
su potencial uso en la optimización del control de iluminación del túnel.
4. Implementar el algoritmo solución en los PLC’s de control maestro del sistema de
iluminación.
5. Verificar con el supervisorio o SCADA la correcta operación de los circuitos de
iluminación de acuerdo al algoritmo diseñado e implementado y las condiciones
externas en cada uno de los portales del túnel Buenavista.
255. RESULTADOS
Se hace seguimiento a la operación de los circuitos en cada una de las zonas del portal
trapiche el cual es simétrico en operación con el portal Rionegro (otro extremo), teniendo los
siguientes resultados.
Nota: tanto en la secuencia de encendido y apagado los circuitos de emergencia siempre están operando y estos
dependen de la UPS de la subestación respectiva y sobre estas luminarias no hay control para su operación.
Tabla 2. Secuencia (original) de encendido de la iluminación del túnel Buenavista (>120 Lux)
SECUENCIA
DE
PORTAL CUERPO PORTAL
ENCENDIDO
TRAPICHE TÚNEL RIONEGRO
DE
CIRCUITOS
CIRCUITOS
1 1,2,3,4 1,4,7,8,9,10
(1,4,7,8)
2 2,5 2,5
3 3,6 3,6
Fuente: Autor
Tabla 3. Secuencia (original) de apagado de la iluminación del túnel Buenavista (<200 Lux)
SECUENCIA
DE
PORTAL CUERPO PORTAL
APAGADO
TRAPICHE TÚNEL RIONEGRO
DE
CIRCUITOS
CIRCUITOS
1 3,6
(3,6)
2 2,5 2,5
3 1,4,7 1,4,7
4 8 1,2,3,4 8,9,10
Fuente: Autor
265.1 Recopilación de datos
5.1.1 Metodología de medición
De conformidad con el numeral 530.2.1 “MÉTODO EUROPEO DE LOS 9 PUNTOS”
consignado en el ANEXO GENERAL del RETILAP (Resolución 180540 del 30/03/2010), las
mediciones se ejecutan en cada una de las zonas del túnel BUENAVISTA, para lo cual se
tuvo en cuenta la siguiente información:
TIPO DE ILUMINACIÓN: SODIO DE ALTA LONGITUD DEL TÚNEL: 4.520m
PRESIÓN
VELOCIDAD DE TRÁFICO: 60 Km/h
UBICACIÓN DE LAS
CARACTERÍSTICAS DE LA
LUMINARIAS: BILATERAL OPUESTA
SUPERFICIE: R3 (Qo = 0.07)
NÚMERO DE CARRILES: 2
ANCHO DE CALZADA (W): 7.2m
INTERDISTANCIA (S): Depende de la zona a
TRÁFICO: BIDIRECCIONAL medir.
<150 vehículos/hora/carril DISTANCIA DE SEGURIDAD (DS): 68m
Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones, las mediciones se ejecutan de acuerdo
a la siguiente gráfica:
Figura 13. Método de medición de los 9 puntos aplicada.
1 2 3
4 5 6 W/2
7 8 9
W
S/2
S
Fuente: ANEXO GENERAL del RETILAP (Resolución 180540 del 30/03/2010).
W= Ancho de calzada
S= Interdistancia entre luminarias
Las mediciones fueron ejecutadas así:
a. Entre las 00:00 horas y las 04:00 horas con el fin de evitar alto flujo vehicular.
27b. Se usa un luxómetro calibrado de fábrica con un porcentaje de error máximo del 3%.
c. Los puntos medidos están de acuerdo al ancho de calzada y distribución simétrica de
las luminarias en cada zona.
d. Las zonas medidas (Umbral1, Umbral2, Transición1, Transición2, Transición3 y
Cuerpo) se ubicaron de acuerdo a los planos As Built existentes, donde se indica en
que Abscisa empieza y termina cada zona, así:
Tabla 4. Longitud de las zonas
TAMAÑO TAMAÑO
ZONA ZONA
(m) (m)
Umbral1 34 Transición2 61
Umbral2 34 Transición3 96
Transición1 36 Cuerpo 1966
Fuente: Memorias de cálculo de iluminación
5.1.2 Resultado de los niveles de iluminación aportados en cada zona por las luminarias de
cada circuito.
Los resultados consignados en la tabla 5 son el resultado de la medición en cada zona y lo
aportado por los circuitos de iluminación.
Consideraciones de la operación de los circuitos de iluminación observados en campo:
 El circuito 8 de cada portal es un circuito de refuerzo de 50W y conecta todas las
zonas Umbral 1 hasta el cuerpo, por tal motivo se considera uno de los circuitos de
mayor permanencia en operación en el nuevo algoritmo.
 Los circuitos 9 y 10 del portal Rionegro (lado Bogotá) son circuitos de iluminación del
cuerpo del túnel.
 Los circuitos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 son simétricos en operación para ambos portales:
Buenavista (lado Villavicencio) y Rionegro (lado Bogotá).
 Los circuitos 1, 2, 3, 4, 5, y 6 pueden operarse de forma independiente ya que cada
uno de ellos aporta uniformemente una determinada cantidad de flujo luminoso sobre
la calzada.
 Los Circuitos 1, 2 y 3, 4 del cuerpo del túnel, se deben operar en parejas para ofrecer
uniformidad a la zona Interior1 e Interior2.
28E = Circuito de emergencia que depende de UPS y no es controlable por el
algoritmo.
CTO x = Circuito que tiene directa influencia en la zona respectiva y es controlable por
el Algoritmo.
Tabla 5. Medición de iluminancia aportada en cada zona por las luminarias de los
respectivos circuitos de iluminación en el portal TRAPICHE del túnel BUENAVISTA.
PROMEDIO
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 UNIFORMIDAD (%) REQUISITO CONFORME
(LUXES)
E 25,7 14,0 8,3 25,7 13,8 8,2 21,4 11,3 7,4 14,8 49,88% > 40% SI
CUERPO
E+CTO3 50,8 25,6 11,7 51,7 23,8 10,9 42,4 19,8 9,6 26,6 36,09% > 40% NO
DEL TÚNEL
E+CTO1+2+3+4 53,1 26,7 16,4 54,3 25,3 14,6 44,8 21,4 10,4 28,8 36,29% > 40% NO
E 17,9 10,1 8,4 16,5 9,7 8,6 13,2 8,2 7,4 10,8 68,74% > 40% SI
TRANSICIÓ
E+CTO7 9,1 43,2 26,6 99,0 41,8 25,3 82,0 35,0 21,0 44,4 47,26% > 40% SI
N 3
E+CTO7+8 127 57 38 133 56 36 109 47 30 67,2 45,01% > 40% SI
E 26,2 15,4 9,0 27,4 16,3 7,7 23,6 13,1 6,1 16,1 38,07% > 40% NO
E+CTO4 26,4 17,1 15,0 27,0 17,2 13,2 23,5 14,2 11,1 18,0 61,81% > 40% SI
TRANSICIÓ
E+CTO4+5 36,0 20,3 16,0 38,3 20,0 14,6 32,1 17,1 12,1 22,3 54,25% > 40% SI
N 2
E+CTO4+5+6 182 76 31 177 77 29 130 26 25 80,5 30,75% > 40% NO
E+CTO4+5+6+8 219 94 39 208 93 36 149 80 31 102,8 30,17% > 40% NO
24 27 22 24 26 22 20 21 17
E 16,6 17,0 14,0 22,5 23,0 17,9 21,1 21,1 17,4 19,9 87,45% > 40% SI
TR1-EM+8 40 44 36 46 49 40 41 42 34 43,3 79,42% > 40% SI
TRANSICIÓ E+CTO4 201 175 123 192 169 120 151 140 108 157,2 68,58% > 40% SI
N 1 E+CTO4+5 278 279 279 255 255 250 198 204 206 247,3 83,15% > 40% SI
E+CTO4+5+6 317 311 302 306 290 273 247 233 225 281,1 80,07% > 40% SI
E+CTO4+5+6+8 341 338 324 330 316 295 267 255 242 304,5 79,50% > 40% SI
9 10 9 11 14 12 11 14 12
E 20,0 22,4 20,0 18,5 20,7 18,6 14,7 16,4 14,3 19,0 75,42% > 40% SI
E+CTO4 199 164 164 208 166 170 175 127 137 167,3 75,83% > 40% SI
UMBRAL 2 E+CTO4+5 535 440 347 538 440 369 424 344 304 422,2 72,02% > 40% SI
E+CTO4+5+6 685 641 635 688 621 656 533 475 531 611,7 86,77% > 40% SI
E+CTO4+5+6+8 691 645 639 697 630 668 536 483 532 618,9 86,00% > 40% SI
1,17
E 16,3 16,5 16,9 12,8 15,0 16,1 9,9 11,3 13,0 14,3 68,94% > 40% SI
E+CTO1 367 320 273 306 287 258 241 219 209 277,8 75,23% > 40% SI
E+CTO1+2 873 793 682 830 739 673 671 577 519 715,4 72,53% > 40% SI
UMBRAL 1
E+CTO1+2+3 1416 1132 990 1401 1266 1107 1059 934 932 1162,9 80,11% > 40% SI
E+CTO1+2+3+8 1462 1168 1025 1454 1281 1178 1135 1025 982 1211,0 81,11% > 40% SI
E+CTO8 38 34 34 39 22 50 47 56 38 37,7 59,45% > 40% SI
ACCESO AP 21 10 8 46 15 10 49 14 8 19,1 43,64% > 40% SI
Fuente: Autor.
5.1.3 Determinación de la luminancia de la zona de acceso L
20
Aprovechando la existencia de un sensor de luminancia en el portal Trapiche y Rionegro, se
usa el método L20 de la CIE 88:2004 (ANEXO A.1), obtener el valor promediando los
máximos en un periodo suficiente, y así obtener los valores L , en la tabla 6 se consignan
20
los valores máximos medidos por el sensor #3 de la subestación 7 (portal trapiche).
29Tabla 6. Máximos de luminancia en el último año en el portal trapiche
FECHA L Cd/m2 FECHA L Cd/m2
20 20
4-DIC-09 2219 28-ABR-10 912
5-DIC-09 1696 29-ABR-10 916
12-DIC-09 1149 06-MAY-10 884
23-ABR-10 1033 09-MAY-10 923
Fuente: Autor.
El valor promedio L de la tabla 5 = 1216,5 Cd/m2.
20
Figura 14. Luminancia L externa en el túnel BUENAVISTA portal Trapiche del 19/05/2010.
20
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
En la figura 15 se presenta una fotografía desde el mismo punto de ubicación y dirección del
luminancímetro del portal trapiche, en donde se evidencia que los niveles de luminancia son
30bajos debido a que no se observa cielo abierto o superficies reflectantes o difusas
importantes que aumenten los niveles de L , lo cual tiene como consecuencia la necesidad
20
de iluminar en menor proporción los umbrales y transiciones del lado trapiche.
Figura 15.Vista del portal Trapiche desde la distancia (DS) del luminancímetro respectivo.
Fuente: Autor
316. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 Niveles de iluminación del túnel Buenavista
Se observa en la tabla 5 que en promedio existen 4 niveles posibles de iluminación en los
umbrales y transiciones, los cuales se deben ajustar a los niveles de iluminación calculados
en el presente trabajo: NOCHE, NUBLADO, SEMINUBLADO, y SOLEADO; los mismos se
basan en los valores de luminancia externa L del portal Trapiche y se aplican por simetría
20
al portal Rionegro.
De acuerdo a lo anterior, el objetivo de crear 4 niveles de operación o iluminación en las
diferentes zonas es coherente dado que en las zonas Umbral1, Umbral2, Transición1 y
Transición2 se pueden obtener 4 estados operacionales que dependen del número de
circuitos encendidos, teniendo para el Umbral1 la siguiente configuración de operación:
NOCTURNO= CTO E+CTO88
NUBLADO= CTOE+CT8+CTO1
SEMINUBLADO= CTOE+CTO8+CTO1
+CTO2
SOLEADO= CTOE+CTO8+CTO1
+CTO2+CTO3
6.2 Cálculos de operación
6.2.1 Modo noche
De conformidad con el numeral 7 de la CIE 88:2004, se tienen las siguientes
consideraciones:
 Los niveles de iluminación al interior del túnel deben ser como mínimo iguales a los
que hay en los accesos (ver tabla 5).
 La luminancia en la calzada (Interior1 y 2) debe ser 1,12 Cd/m2 para la velocidad de
60Km/h y una distancia de frenado de 68m, de acuerdo a la CIE 88: 2004 tabla 6.7.2
e interpolando para la velocidad de diseño:
8 Resultado de los cálculos conforme al Numeral 7 de la norma CIE 88:2004 para una Luminancia Nocturna.
32DISTANCIA DE FRENADO LUMINANCIA REQUERIDA
60 1
160 2,5
Por interpolación 68 1,12
De acuerdo a lo anterior, observamos en la tabla 5 lo siguiente:
Nivel Acceso = 19.1 Lux
Nivel actual (CTO E)= 14.3 Lux
Nuevo nivel (CTO E + 8)= 37.7 Lux
Distancia del CTO8
Portal Rionegro = 315m
Portal Trapiche = 550m
Dado que la norma no indica las distancias de permanencia de estos niveles, se puede
considerar que las distancias anteriores cumplen con lo requerido en cuanto a ofrecer un
nivel equivalente al encontrado en los accesos, es decir, 37.7 Lux en los Umbrales y
transiciones y de 14.3 Lux en las zonas Interior1 e Interor2.
6.2.2 Modo Día
En este modo se derivan 3 estados operacionales, los cuales son: Nublado, Seminublado y
Soleado; para hallar los niveles adecuados de iluminación en cada zona partimos de las
siguientes premisas de la norma CIE 88:2004:
 La luminancia del Umbral1 = L parte del valor L hallado anteriormente para el caso
th 20
Soleado, para los casos de Seminublado y Nublado los valores son determinados
por los máximos niveles que pueden ofrecer los circuitos de iluminación disponibles
(tabla A.1.3 de la CIE 88:2004).
 El valor de la luminancia del umbral2 es = al 40% de L (numeral 6.5 CIE 88:2004).
th
 Los valores de luminancia en las transiciones deben corresponder a lo consignado
en la Ecuación 2.
 El cuerpo del túnel, es decir la zona interior que actualmente es una sola zona se
debe dividir en una primera zona Interior1 equivalente a la distancia recorrida en 30
segundos a la velocidad de diseño del túnel y la zona Interior2 es la distancia
restante hasta llegar a las zonas de salida del portal contrario, dichas luminancias
dependen de la interpolación desde los valores contenidos en las tablas 6.7.1, 6.7.2,
y 6.7.3 de la CIE 88:2004.
 Un cambio de una zona a otra no debe ser inferior a 1/3 de la adyacente (numeral
6.9 CIE 88:2004).
33De acuerdo lo anterior se fija los circuitos de operación según los niveles externos de L y
20
por lo tanto las bandas de operación para el nuevo algoritmo de control.
SOLEADO
L = 1216,5 Cd/m2
20
K = L /L (Ecuación 1)
th 20
Tomando el valor K de la tabla A.1.3 de la CIE 88:2004 para una velocidad de operación del
túnel de 60 Km/h tenemos:
K = 0,05
Dado que los instrumentos de medición carecen de certificado de calibración y se tiene un
nivel de incertidumbre desconocido aportado por todos los instrumentos usados, tomamos el
valor de K mayor para una velocidad de 120 km/h el cual es:
K=0,1
Así pues, tenemos que el valor
L = K.L = (0,1).(1216,5) = 121,65 Cd/m2
th 20
Recordemos que en las memorias de cálculo el diseñador ha establecido una relación de
10.76 lux por cada Cd/m2, entonces en el Umbral1 requerimos máximo de:
L (en luxes) = 121,65 x 10,76
th
L = Umbral1= 1308,9 lux
th
Se han medido 1211 Lux, que se pueden considerar suficientes si se tiene en cuenta que
solo en valores pico soleados de pocos instantes se requerirían estos valores.
El valor del umbral2 = 40% de L , entonces:
th
Umbral2 = 1308,9 x 0,4 = 523,58
Se han medido 618,9 Lux, superando lo necesario para el Umbral2.
Los niveles de las transiciones (L ) se calculan de conformidad con la formula consignada
tr
en la figura 6.6 de la CIE 88:2004.
L = L x (1,9 + t)-1,4 (Ecuación 2)
tr th
Donde,
t = Tiempo recorrido por el conductor desde el portal de entrada.
Transición1, con una dimensión de 36m, equivale al tiempo recorrido por el usuario a la
velocidad de 60Km/h o 16.6 m/s del Umbral1 + Umbral 2:
t = t (Umbral1 + Umbral2)
34t = t (68m) = x/v
Donde X = Distancia y v = Velocidad
t = 68/16,6 = 4s
Aplicando la ecuación 2:
L = 1308.9 x (1,9 + 4)-1,4 = 109,07 Lux
tr
El valor de la Transición1 es menor a 1/3 del valor del Umbral2, por lo tanto el valor mínimo
para la Transición1 debe ser:
Transición1 = 523,58/3 = 174.52 Lux
Se han medido 304,5 Lux, superando lo necesario para la Transición1.
Transición2, con una dimensión de 61m, equivale al tiempo recorrido por el usuario a la
velocidad de 60Km/h o 16.6 m/s del Umbral1 + Umbral 2 + Transición1:
t = t (Umbral1 + Umbral2 + Transición1)
t = t (34+34+36) = x/v
Donde X = Distancia y v = Velocidad
t = 104/16,6 = 6,26s
Aplicando la ecuación 2:
L = 1308.9 x (1,9 + 6,26)-1,4 = 69,26 Lux
tr
El valor de la Transición2 es menor a 1/3 del valor del transición1 elegido, por lo tanto el
valor mínimo para la Transición2 debe ser:
Transición2 = 304,5/3 = 101,5 Lux
Se han medido 102,8 Lux, superando lo necesario para la Transición2.
Transición3, con una dimensión de 96m, equivale al tiempo recorrido por el usuario a la
velocidad de 60Km/h o 16.6 m/s del Umbral1 + Umbral 2 + Transición1 + Transición 2:
t = t (Umbral1 + Umbral2 + Transición1 + Transición2)
t = t (34+34+36+61) = x/v
Donde X = Distancia y v = Velocidad
t = 165/16,6 = 9,93s
35Aplicando la ecuación 2:
L = 1308.9 x (1,9 + 9,93)-1,4 = 41,18 Lux
tr
El valor de la Transición3 es mayor a 1/3 del valor del transición2 elegido, por lo tanto el
valor mínimo para la Transición3 también puede ser:
Transición2 = 102,8/3 = 34,26 Lux
Se han medido 67,2 Lux, superando lo necesario para la Transición3.
La primera zona interior del túnel (Interior1) se ilumina de acuerdo a la interpolación de
valores tomados de la tabla 6.7.1 de la CIE 88:2004 y de la clasificación de tráfico del túnel
tomado de la tabla 6.7.3 de la misma norma, así
Considerando el túnel de doble vía y un tráfico de 150 Veh/hora/carril, la tabla nos indica
que este túnel es de flujo bajo (Low).
Interior 1=
DISTANCIA DE FRENADO LUMINANCIA REQUERIDA
60 3
160 6
Por interpolación 68 3,24
Interior1 (en luxes) = 3,24 x 10.76
Interior1 = 34,86 luxes.
La distancia de la zona Interior1 es equivalente a lo recorrido a la velocidad de diseño en
30s, entonces:
Dist (Interior1) = 60km/h x 1000m/3600s x 30s
Distancia = 500m
Revisados los diseños eléctricos, estas distancias están cubiertas por los circuitos 1,2,3,4 de
la subestación 6 para el portal Trapiche y los circuitos 9 y 10 de la subestación 2 más los
circuitos 1 y 2 de la subestación 3 para el portal Rionegro, teniendo como valores de aporte
= 28,8 lux, cuyo valor es cercano al lo calculado para la zona Interior1 y al no contar con
más circuitos de iluminación de refuerzo en esas zonas, podemos considerarlo apropiado,
además cumple con la premisa de ser > 1/3 del valor de la Transición3 elegida.
Para el interior2, tomamos los valores de la tabla 6.7.2 de la CIE 88:2004 e interpolamos
DISTANCIA DE FRENADO LUMINANCIA REQUERIDA
60 1
160 2,5
Por interpolación 68 1,12
Interior2 (en luxes) = 1,12 x 10,76
Interior2 = 12,05 luxes.
36Contrario a la operación actual del túnel, el cual en el día mantiene activos los circuitos 1, 2,
3 y 4, observamos que solo con el aporte de los circuitos de emergencia (E), obtenemos un
nivel de 14,8 lux, lo que nos indica que los circuitos 3 y 4 de la subestación 3 y los circuitos
1, 2, 3, y 4 de las subestaciones 4 y 5 no deben operar en un día SOLEADO y mucho
menos en condiciones menores (NUBLADO, SEMINUBLADO, NOCTURNO), aquí ya se
evidencia el potencial de un ahorro energético en operación, además sigue cumpliendo la
premisa de no ser > a 1/3 del valor elegido en la zona Interior1.
En las tablas 8, 9 y 10 se consignan los niveles requeridos para los estados Seminublado,
Nublado y Nocturno, en donde se observa que en todo momento se está por encima del
valor requerido y en la tabla 6 se fija los valores de operación para cada banda que identifica
el estado exterior de la luminancia L .
20
Tabla 7. Bandas de operación calculadas desde los niveles ofrecidos por cada circuito
ESTADO DE
BANDA DE OPERACIÓN (Cd/m2)
OPERACIÓN
MENOR QUE ENTRE MAYOR QUE
SOLEADO 660
SEMINUBLADO 257-660
NUBLADO 20-257
NOCTURNO 20
Fuente: Autor
6.2.3 Iluminación de emergencia
El numeral 8 de la CIE 88:2004 indica que la iluminación al interior del túnel debe estar entre
los 2 y 10 lux, lo cual se cumple porque el aporte del CTO de emergencia (E) es de 14.8 Lux
para todo el recorrido del túnel en sus 4.520m.
Tabla 8. Valores de luminancias máximas para el estado Seminublado
L20 660 66,0 710
EQ (CD-LUX) 10,76
TRAMO DISTANCIA GRAFICA FORMULA MEDIDOS (Cd/m2) MEDIDOS LUX
Umbral1 34 66 66 6 6,4 7 15,0
Umbral2 34 28 26,4 3 9,2 422,0
Transición1 36 9,1 5,40 1 4,6 157,2
Transición2 61 3,9 3,50 7 ,5 80,5
Transición3 96 3,5 2,08 4 ,1 44,4
Interior1 500 3,3 3,24 2 ,7 28,8
Interior2 1466 1,1 1,12 1 ,4 14,8
Fuente: Autor.
37Tabla 9. Valores de luminancias máximas para el estado Nublado
L20 257 25,7 277
EQ (CD-LUX) 10,76
TRAMO DISTANCIA GRAFICA FORMULA MEDIDOS (Cd/m2) MEDIDOS LUX
Umbral1 34 25,7 2 5,7 2 77,0
Umbral2 34 10,28 1 5,5 167,0
Transición1 36 2,10 1 4,6 157,2
Transición2 61 1,36 7 ,5 80,5
Transición3 96 0,81 4 ,1 44,4
Interior1 500 3,24 2 ,7 28,8
Interior2 1466 1,12 1 ,4 14,8
Fuente: Autor.
Tabla 10. Valores de luminancias máximas para el estado Nocturno
L20 1,80 1,8 19,37
EQ (CD-LUX) 10,76
TRAMO DISTANCIA GRAFICA FORMULA MEDIDOS (Cd/m2) MEDIDOS LUX
TH1 34 1,8 2 ,2 2 4,0
TH2 34 1,8 2 ,2 24,0
TR1 36 1,12 1 ,8 19,9
TR2 61 1,12 1 ,5 16,1
TR3 96 1,12 1 ,0 10,8
CUERPO1 500 1,12 1 ,4 14,8
CUERPO2 1466 1,12 1 ,4 14,8
Fuente: Autor.
De acuerdo con lo anterior, se fijan los parámetros o bandas de operación y la secuencia de
operación de los circuitos de iluminación de acuerdo a la banda de operación en la que se
halle (Ver tabla 11).
Tabla 11. Operación de los circuitos por zona
SUBESTACIONES 5-4-
SUBESTACIÓN 7 SUBESTACIÓN 6 SUBESTACIÓN 3 SUBESTACIÓN 2
3
PORTAL PORTAL
INTERIOR1 INTERIOR2 INTERIOR1
TRAPICHE RIONEGRO
SOLEADO 1-2-3-4-5-6-7-8 1-2-3-4 - 1-2 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10
SEMINUBLADO 1-2-4-5-7-8 1-2-3-4 - 1-2 1-2-4-5-7-8-9-10
NUBLADO 1-4-8 1-2-3-4 - 1-2 1-4-8-9-10
NOCTURNO 8 - - - 8
Fuente: Autor.
Nota: los circuitos 9 y 10 del portal Rionegro que pertenecen a la subestación 2 iluminan la
zona Interior1 del lado Rionegro.
387. DISEÑO DEL ALGORITMO DE CONTROL
Con base en la información de operación descrita en la tabla 11 se diseña el algoritmo de
control como se muestra en la figura 16.
Se destaca que el nuevo algoritmo y el software fueron diseñados y programados por el
autor del presente trabajo después de recibir capacitación avanzada en programación de
PLC SIEMENS, dicho algoritmo fue instalado en el PLC maestro de Control de Energía S7-
400 del Centro de Control Auxiliar (CCA) del Túnel Buenavista, con la autorización
respectiva.
Para este diseño, el especialista en automatización de SIEMENS recomendó ejecutarlo en
un solo bloque y actuar directamente sobre las señales de control de operación de
encendido y apagado de cada circuito en cada una de las subestaciones.
Siguiendo las recomendaciones, el software fue hecho en una rutina denominada FC120
(Bloque de trabajo) y programada enteramente en lenguaje LADER, en general el software
contiene:
FC120= Bloque principal
FC121= Rutina de detección de falla de los luminancímetros.
FC122= Rutina de evaluación de bandas de operación del sistema de iluminación.
FC123= Rutina de evaluación de cambio de bandas en un periodo t=15 minutos.
FC124= Rutina de encendido de circuitos de iluminación conforme a la FC122.
FC127 Rutina de apagado de circuitos de iluminación conforme a la FC122.
DB110 Bloque de datos donde se almacenan las variables de entrada y salida.
39Figura 16. Inserción del algoritmo de control.
INICIO
NO
HAY EMERGENCIA?
SI
ENCIENDE 100%
ILUMINACIÓN
NO ILUMINAC IÓN EN
AUTOMÁ TICO?
SI
INIC IO CF120
ALGO RITMODE
ILUMINAC IÓN 2010
Fuente: Autor.
40Figura 17. Algoritmo general de control de iluminación para los portales Trapiche y Rionegro.
INICIO CF120
ILUAL MG IO NR AI CT IM ÓNO 2D 0E ORDENA (CEN F1C 2E 4N )D ER CTOS
1 0
INICIATIMER 146 ORDENA EAPAGAR CTOS
(MUESTREO 15 MINUTOS) (CF127)
BORRA ORDENES DE
LEELUMINANCIMETRO 3
ON/OFF A CTOS (TIEMPO
LEELUMINANCIMETRO 1
ESPERA1.8s)
LEELUMINANCIMETRO 3
NO LEELUMINANCIMETRO 1
HAY FALLAEN
LUM3 ó LUM1?
SI CLASIFICABANDAS (CF122)
CF121
COMPARABANDAS
(CF123)
CLASIFICABANDAS (CF122)
NO NO
TIMER 146 HAY DIFERENCIA
FINALIZA? ENTRE BANDAS?
SI
SI
LEELUMINANCIMETRO 3
LEELUMINANCIMETRO 1 RESETEA TIMER 146
CLASIFICABANDAS (CF122)
COMPARABANDAS
(CF123)
SI
NO
HAY DIFERENCIA
ENTRE BANDAS?
Fuente: Autor.
41Figura 18. CF121 Detector de falla de luminancímetros
INICIO CF121
RUTINAFALLA
SI
LUM3 <=1
NO
LUM3 = LUM1
SI
LUM1 <=1
NO
LUM1 = LUM3
NO L UM1 <=1
Y
LUM3 <=1
SI
LUM1 = LUM3 = 659
RETORNA RUTINA
Fuente: Autor.
42Figura 19. CF122 Evalúa banda de operación
INICIO CF122
EVALUABANDAS DE
OPERACIÓN
SI
LUMX <=20 PORTAL X ESTA EN
BANDA 1
NO
SI
LUMX >20 PORTAL X ESTA
o LUMX <= 270 ENBANDA 2
NO
LUMX >270 SI
o LUMX <= 660 PORTAL X ESTA EN
BANDA 3
NO
SI
LUMX >660 PORTAL X ESTA EN
BANDA 4
NO
RETORNA RUTINA
Fuente: Autor.
43Figura 20. CF123 Evalúa si hay cambio de bandas de operación
INICIO CF123
EVALUACAMBIO EN LAS
BANDAS
COMPARA 1 Y 2 SI
MUESTRA DE
LUM 3
BIT SALIDA QUE AVISA
NO CAMBIOS EN ALGUNO DE
LOS LUMINANCÍMETROS
COMPARA 1 Y 2 SI
MUESTRA DE
LUM 1
NO
RETORNA RUTINA
Fuente: Autor.
Figura 21. CF124 Enciende circuitos específicos
INICIO CF124ON CTOS
DE OPERACIÓN
NO
SI
ESTAEN BANDA 1 D DB B1 11 10 0.1 .11 28 2= = 11 22 88
0000000010000000
NO
ESTAEN BANDA 2 SI DD BB 11 11 00 .1.1 21 28 == 1 29 8
0000000000001001
NO
ESTAEN BANDA 3 SI D DB B1 11 10 0. .1 11 28 2= = 99 11
0000000001011011
NO
ESTAEN BANDA 4 SI D DB B1 11 10 0. .1 11 28 2= = 11 00 22 33
0000001111111111
NO
RETORNA RUTINA
Fuente: Autor.
44Figura 22. CF127 Apaga circuitos específicos
INICIO CF127OFF CTOS
DE OPERACIÓN
SI
ESTAEN BANDA 1 D DB B1 11 10 0. .1 12 36 0= = 66 55 44 00 77
1111111101111111
NO
ESTAEN BANDA 2 SI D DB B1 11 10 0. .1 12 36 0= = 66 55 55 22 66
1111111111110110
NO
ESTAEN BANDA 3 SI D DB B1 11 10 0. .1 12 36 0= = 66 55 44 44 44
1111111110100100
NO
ESTAEN BANDA 4 SI D DB B1 11 10 0. .1 11 32 06 == 66 44 55 11 22
1111110000000000
NO
RETORNA RUTINA
Fuente: Autor.
7.1 VERIFICACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL NUEVO ALGORITMO
A continuación se mostrarán screens del sistema SCADA y de los bloques de programación
en lenguaje LADER, en el que corriendo el programa en línea con el PLC se observan los
valores instantáneos para cada variable y se comprueba la funcionalidad de acuerdo al
análisis planteado anteriormente.
45Figura 23. Detector de falla operando
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
Figura 24. Detector de falla operando y asignando el valor del luminancímetro operativo
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
46Figura 25. Timer 146 con ciclo de muestreo cada 15 minutos
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
Figura 26. FC122 evaluador de bandas
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
47Figura 27. FC123 Comparador de bandas
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
Figura 28. FC124 y FC127 ON / OFF de los circuitos de operación
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
48Figura 29. Rutina para borrar órdenes de ON u OFF de los circuitos
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
Figura 30. Evaluador de cambios de banda posteriores
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
49Figura 31. DB110 que almacena todas las variables del nuevo algoritmo
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
Figura 32. Luminarias 100% encendidas con software anterior (original)
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
50Figura 33. Luminarias operan con el nuevo algoritmo, portales independientes, Interior2
apagado siempre
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
51Figura 34. Luminarias operan con el nuevo algoritmo, modo Nocturno solo CTO8
Fuente: Sistema SCADA de los túneles
En la figura 34 se observa como estando los luminancímetros exteriores a un nivel menor a
20 Cd/m2 el sistema interno ha pasado a modo Nocturno, donde solo opera el CTO8 en los
portales para superar los 19,1 lux de los accesos.
527.2 ESTIMADO DE AHORROS ENERGÉTICOS
7.2.1 Con estados fijos de operación modificados
Consideremos dos situaciones fijas de operación:
En el día para los 3 modos de operación (Nublado, Seminublado y Soleado) se ha dividido la
zona Interior en dos subzonas (Interior1 e Interior2) y comparadas con el algoritmo original,
la zona Interior2 siempre está apagada, por lo cual podemos calcular el ahorro energético
Anual en Kwh/año mínimo fijo, así:
Circuitos que no operan:
Tabla 12. Circuitos que no operan en los 3 modos Diurnos
SUBESTACIÓN CIRCUITO POTENCIA (W)
3 3 1.610
3 4 1.300
4 1 1.610
4 2 1.430
4 3 1.350
4 4 1.170
5 1 1.170
5 2 1.170
5 3 1.610
5 4 1.300
TOTAL (W) 13.720
Fuente: Autor
Kwh/año = W.(12horas).(365días)/(1000) = -60.093,6 Kwh/año
Para el modo noche se ha adicionado la operación del circuito 8 de las subestaciones 2 y 7
respecto al algoritmo original, es decir en este modo fijo hay gasto, del resultado de éste, se
obtiene el ahorro fijo de las dos situaciones fijas en los modos Nocturno y Diurnos, así:
53Circuitos que si operan:
Tabla 13. Circuitos adicionales que operan en modo Nocturno
SUBESTACIÓN CIRCUITO POTENCIA (W)
2 8 1.690
7 8 1.040
TOTAL (W) 2.730
Fuente: Autor
Kwh/año = W.(12horas).(365días)/(1000) = +11.957,4 Kwh/año
Ahorro total = -60.093,6 + 11.957,4
= -48.136,2 Kwh/año
A una tarifa de $298.179 el ahorro fijo es de:
$ 14’352.770,7 al año.
7.2.2 Con estados variables de operación
Ahorros en un estado normal de operación tomando un día común (24h) con luminancias
tomadas del portal Trapiche:
9 Costo energía para el Túnel Buenavista del mes de Febrero de 2010.
54Figura 35. Niveles de operación para las luminancias del portal Trapiche
2 3 4 3 4 3 2 3 2 3 4 3 2 1
Fuente: Autor
55Tiempos de operación por nivel para 24 horas de operación:
Tabla 14. Niveles de operación para un día típico
NIVEL DE HORA TOTAL
HORA FIN
OPERACIÓN INICIO HORAS
1 17:45 07:00 13:15
2 07:00 09:00 02:00
3 09:00 10:45 01:45
4 10:45 11:30 00:45
3 11:30 12:00 00:30
4 12:00 12:30 00:30
3 12:30 12:45 00:15
2 12:45 13:15 00:30
3 13:15 13:30 00:15
2 13:30 14:15 00:45
3 14:15 15:30 01:15
4 15:30 15:45 00:15
3 15:45 16:30 00:45
2 16:30 17:45 01:15
Fuente: Autor
Para facilitar el cálculo, evaluemos los niveles de ahorro para cada nivel de operación:
Nivel 1 (NOCTURNO)
En nivel 1 hemos revisado que hay un gasto ocasionado por el CTO8, equivalente a
+2.730W
Nivel 2 (NUBLADO)
En nivel 2 de acuerdo a la tabla 11, no operan los CTO’s:
 1, 2, 3 Y 4 de las SE4 y 5.
56 3 y 4 SE3.
 2, 3, 5, 6 y 7 de las SE2 y 7
Resumiendo los niveles de consumo tomados de las memorias de cálculo, tenemos
respectivamente un ahorro de:
 -10.810W
 -1.910W
 (-7.662-7.664-7.554-5.994-2.660) + (5.748-5.748-5.036-5.036-1.520) = 54.622W
 Total = -10.810-1.910-54.622 =
-67.342W
Nivel 3 (SEMINUBLADO)
En nivel 3 de acuerdo a la tabla 11, no operan los CTO’s:
 1, 2, 3 Y 4 de las SE4 y 5.
 3 y 4 SE3.
 3 y 6 de las SE2 y 7
Resumiendo los niveles de consumo tomados de las memorias de cálculo, tenemos
respectivamente un ahorro de:
 -10.810W
 -1.910W
 (-7.664-5.994) + (5.748-5.036) = 24.442
 Total = -10.810-1.910-24.442 =
-37.162W
Nivel 4 (SOLEADO)
En nivel 4 de acuerdo a la tabla 11, no operan los CTO’s:
 1, 2, 3 Y 4 de las SE4 y 5.
 3 y 4 SE3.
57Resumiendo los niveles de consumo tomados de las memorias de cálculo, tenemos
respectivamente un ahorro de:
 -10.810W
 -1.910W
 Total = -10.810-1.910= -12.720W
La formula de cálculo de ahorro general es:
Ecuación 3.
Pa = (P1(h1) + P2(h2) + P3(h3) + P4(h4))*(365)/1000
Pa = Potencia de ahorro anual.
Px = Potencia en el nivel x.
h1 = Horas de operación en el nivel x.
Ahora para la tabla 14 tenemos los siguientes datos:
h1 = 13:15
h2 = 04:30
h3 = 04:45
h4 = 01:30
Aplicando la ecuación 3 tenemos:
Pa = ((+2.730*13:45h) + (-67.342*04:30) + (-37.162*04:45) +
(-12.720*01:30))*365/1000
= -168.800,09 Kwh/año
Con un valor de $298,17 el Kwh, el ahorro anual puede llegar a ser de:
$ - 50’331.122,84
7.3 Alcances de ahorro energético propuestos por el PROURE
De conformidad con la resolución 180919 del 01 de Junio de 2010 PROURE del Ministerio
de Minas y Energía, este tipo de proyectos pueden apuntar a un ahorro energético, cuyo
resultado para la empresa privada trae beneficios tributarios importantes como incentivos al
cambio tecnológico y Uso racional de la Energía.
58De acuerdo con los cálculos anteriores, y un consumo anual promedio del túnel estimado en
4’829.459,7 Kwh/año, se estima un ahorro de 168.800,09 Kwh/año, es decir, un ahorro del
3,49%, esto quiere decir que el proyecto de actualización del algoritmo no solo trae
beneficios en ahorro de energía sino que pone a la empresa en un nivel de competitividad
ya que de entrada cumple con la proyección de ahorro energético propuesto en los Art. 5 y
6 de la resolución 180919 del 01 de Junio de 2010 PROURE, la cual indica un ahorro
mínimo 3.43% para el sector industrial y un 2.66% par el sector Comercial en los primeros 6
años.
598. CONCLUSIONES
1. El túnel de Buenavista es apto para ser objeto de actualización de norma de la
CIE88:1990 (diseño original) a la norma CIE 88:2004, dado que cuenta con sectores de
iluminación controlables los cuales se pudieron ajustar de acuerdo a las Luminancias
existentes en cada portal.
2. Los valores de luminancia tienen un valor de incertidumbre dado que no están ubicados
a las distancias de seguridad DS recomendadas por la norma CIE 88:2004, por lo cual
se ha sobredimensionado el cálculo en el presente trabajo para que los resultados sean
satisfactorios.
3. La baja uniformidad evidente en la tabla 5 no es concluyente, dado que el
iluminancímetro no es el instrumento recomendado por la CIE88:2004 para la medición
de uniformidades en túneles, siendo el adecuado el Luminancímetro, pero por la
carencia de éste equipo se usa el mismo método del diseñador con base en el
Luxómetro (iluminancímetro) y la relación Luminancia/iluminancia, cabe aclarar que las
uniformidades en Luminancia pueden estarse cumpliendo, siendo solo comprobables
hasta tanto se ejecute la medida con el instrumento adecuado y recomendado por la
CIE.
4. Teniendo en cuenta la simetría de operación del portal Rionegro con el portal Trapiche,
se hacen mediciones solo en el portal Trapiche y las acciones a tomar en los circuitos
de iluminación del lado Trapiche dan alcance a los mismos circuitos del lado Rionegro
para las mismas bandas de operación, dado que las interdistancias entre luminarias son
las mismas.
5. Se lograron fijar bandas de operación de acuerdo a las mediciones hechas, para el caso
del Modo Nocturno, se reevaluó dado que los sensores de luminancia no descendieron
de 11 Cd/m2 y 19 Cd/m2 en los portales Rionegro y Trapiche respectivamente, fijando la
primera banda en 20 Cd/m2.
6. Se diseño y probó el algoritmo con éxito, Consignando en este trabajo los screens de la
operación conforme a lo diseñado, queda para una segunda etapa desarrollar los
screens de seguimiento histórico donde se deben graficar las luminancias vs. los
circuitos que operan; así mismo las bandas de operación quedan para ajuste directo
desde el software LADER en la DB110 (Bloque de datos) y para la segunda etapa estas
variables quedan para ajuste desde el SCADA.
7. Se logra optimizar la operación independiente de los portales de acuerdo al valor del
Luminancímetro respectivo en cada portal y el cuerpo del túnel se ha dividido en 2
zonas, una Interior1 e Interior2, siendo la Interior2 la de menor consumo energético ya
que dejan de operar los circuitos 1, 2 ,3 y 4 de las subestaciones 4 y 5 en su totalidad
las 24 horas del día, esto definitivamente resultará en ahorro de energía y optimización
de la operación del sistema de iluminación.
8. Los ahorros significativos que da alcance la Conclusión 7, aplica siempre y cuando el
tráfico vehicular no sea mayor a 400 vehículos/carril/ hora, momento en el cual el
60cuerpo deberá estar a su plena capacidad, actualmente el túnel Buenavista tiene en
promedio 150 vehículos/carril/hora.
9. Se mejora el confort Nocturno ya que en los portales se ha equiparado la iluminación
interior (circuito 8) al encontrado en la zona de acceso antes de cada portal.
10. El ahorro energético solo será cuantificable cuando se lleven acabo las
recomendaciones del presente trabajo.
11. El nuevo algoritmo de iluminación mejora el confort visual del usuario para cualquier
condición lumínica exterior siempre y cuando no supere la capacidad instalada.
12. El valor L calculado en el presente trabajo se ejecuta de forma independiente, ya que
20
en las memorias de cálculo del diseñador no están relacionadas para ninguno de los
portales, así como tampoco la ubicación recomendada de los sensores de Luminancia.
13. Se logra una disminución en el número de operaciones de encendido y apagado de los
circuitos de iluminación, contrarrestando el efecto visible en la figura 12.
14. De acuerdo los cálculos, puede esperarse un ahorro variable estimado de 168.800,09
Kwh/año, es decir, un ahorro anual cercano al 3,49%, o visto desde otro punto de vista,
el ahorro anual equivale prácticamente a un 50% del consumo facturado en 1 mes; el
valor monetario ahorrado estimado en $50’331.122,84 compensaría en gran medida los
gastos de reposición de luminarias, mantenimiento preventivo y correctivo a lo largo del
año, haciéndose sostenible el sistema sin desmejorar el confort visual de los usuarios.
15. Los ahorros de la conclusión 14 son iniciales, pues recordemos que esta primer etapa
contempla solo el Túnel Buenavista (4.520m) y en la segunda etapa se contempla el
Túnel Bijagual (180m) el cual tiene una potencia instalada aproximada de 61.200W
equivalente a un 40% de la potencia instalada en el túnel Buenavista, así entonces el %
de ahorro energético se esperaría mayor o cercano al 5%.
16. De conformidad con el Art. 6 de la 180919 del 01 de Junio de 2010 PROURE, con la
implementación del nuevo algoritmo se daría cumplimiento a las metas de ahorro
energético y Uso Eficiente de la Energía proyectado a 6 años, tan solo en el primer año
de implementación y operación de la solución o nuevo algoritmo, ya que estas definen
niveles de disminución de 3,43% y 2,66% dependiendo del sector si es Industrial o
Comercial y el túnel Buenavista en su primer etapa ofrecería una reducción del 3,49%.
17. De conformidad con el Artículo 2, inciso (i) del protocolo de Kyoto, se da alcance al
“fomento de la eficiencia energética en los sectores pertinentes de la economía
nacional” proporcionando un ahorro de 168.800,09 Kwh/año equivalente a una
reducción en emisiones de Co de 929,75 Ton/año, aportando este proyecto en gran
medida a la reducción del calentamiento global.
619. RECOMENDACIONES
1. La figura 5.1 de la CIE 88:2004 indica que la ubicación de los sensores de luminancia
de los portales deben estar a una distancia equivalente a la distancia de frenado o
distancia de seguridad DS, para el caso del portal Trapiche (ascendente) la DS = 68m y
el sensor está ubicado a 110m, del lado Rionegro está ubicado a escasos 15m; para el
túnel Bijagual los sensores están a 20m ascendente y a 110m descendente, por lo tanto
las ubicaciones no son conformes con la norma y se recomienda su ajuste.
2. Es recomendable calibrar los medidores de luminancia e iluminancia y repetir las
mediciones y cálculos hechos para fijar los parámetros de manera más acertada, es de
anotar que estas calibraciones son posibles en los laboratorios LABE de la Universidad
Nacional de Colombia.
3. Antes de realizar nuevamente las mediciones se recomienda hacer un plan exhaustivo de
reposición y reparación de luminarias, así como su limpieza interna y externa, de tal
manera que se puedan obtener niveles de iluminación cercanos a los de niveles de
diseño mantenidos.
4. Para disminuir aún más el efecto oscilante de encendidos y apagados debido a picos en
los valores instantáneos de luminancias externas, se recomienda usar un valor promedio
corto (se recomienda 5 minutos) para suavizar la curva o la tendencia de los valores de
Luminancia y así tomarlo como insumo en el algoritmo del control de iluminación.
5. Para dar un desgaste parejo o equitativo a las luminarias de los circuitos que hacen parte
o iluminan una misma zona, es recomendable modificar el algoritmo y agregar
horómetros a cada circuito y que la toma de decisión de cual circuito encender sea el de
menor horas de operación, así se da un uso parejo a todas las luminarias.
6. Debido a que se cuenta con los bit’s de confirmación de entrada en operación de un
circuito específico, es posible usarlo para detectar la falla del mismo y rápidamente dar
soporte a la zona a iluminar con la entrada en servicio de otro circuito de potencia
equivalente si está disponible, lo anterior con la finalidad de mantener siempre el confort
visual cuando el sistema lo permita.
7. Es posible usar los sensores de iluminancia del interior del túnel para detectar bajas en
los niveles de la iluminancia, siendo decisión del algoritmo reforzar esa zona con las
luminarias de respaldo que estén disponibles, nuevamente esto con el fin de mejorar el
confort visual.
6210. BIBLIOGRAFÍA
 Norma CIE-88: 2004, GUIDE FOR THE LIGHTING OF ROAD TUNNELS.
http://www.docin.com/p-12525318.html
 http://edison.upc.edu/curs/llum/luz_vision/p_visual.html
 http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/inducc.html
 http://www.schreder.com/documents/_Dossier/PDF/Spanish/200702081128/2014_TUNN
EL_ES_V3Fin.pdf
 http://www.obrasurbanas.es/files/data/297-92-97.sice.pdf
 http://www.enocean.com/
 http://www.sifisa.es/pdf/datasheet.pdf
 http://www.ocean-net.info/instrumentacion/deltaohm/Iluminancimetro.htm
 http://www.tunnel-lighting-control.com/index.html
 Manual de operación y mantenimiento TBB-MO-001.PDF de los túneles BUENAVISTA y
BIJAGUAL.
 Resolución 180540 del 30 de marzo de 2010 “RETILAP”.
 http://www.carandini.com/uploads/descargas/8626098_Proyecto_iluminacion_tunes_Pz_L
eseps_en_BCN.pdf
 http://www.scribd.com/doc/17456327/Lighting-Handbook-INDAL-Guide-espanol-
 http://www.librospdf.net/CIE-88/1/
 http://www.minminas.gov.co/minminas/downloads/UserFiles/File/ENERGIA/URE/Resol-
Proure-180919-01-06-2010.pdf
 http://www.scribd.com/doc/20258149/Lighting-Handbook-THORN-Tunnel-Lighting.
 Protocolo de Kyoto. http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf
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