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Introducción
En distintos ámbitos de nuestro país, expertos profesionales han trabajado mucho para proporcionar modelos de gestión, explotación y mantenimiento del alumbrado público. Todos ellos con el objetivo de lograr un sistema eficiente y sostenible, preservando el servicio que deben brindar al ciudadano.
El tema más abordado y también más logrado en los últimos tiempos ha sido el reemplazo de luminarias con lámparas de mercurio por lámparas de sodio de alta presión (SAP) de menor potencia.
A niveles de iluminación equivalentes o algo mayores se lograron bajar los consumos entre un 30 y 40%. Para estos objetivos, fue necesario cambiar las luminarias, las lámparas y los equipos auxiliares y, por lo tanto, una inversión inicial importante.
Una vez instaladas estas luminarias con lámparas SAP como el caso que nos ocupa, ¿cómo podemos reducir nuevamente el consumo sin afectar la seguridad vial que brinda el alumbrado?
El método más moderno es la utilización de fuentes de luz blanca, lo que permite lograr dos objetivos que hasta ahora eran contradictorios:
- Reducir el consumo de energía
- Mejorar las condiciones de visibilidad
Para ejemplificar lo dicho, se realizaron y compararon niveles de iluminación y uniformidad con las lámparas existentes SAP 400 Watts, respecto de las nuevas de halogenuro metálico cerámicas CDM Elite de 315 W, CDM Elite de 210 W y equipos auxiliares electrónicos. Se mantuvo la geometría de la instalación existente y se utilizaron las mismas luminarias, previo reacondicionamiento y medición con fotogoniómetro del proveedor*.
Se instalaron en la Ruta 9, km 58,5 y km 59,2. Las mediciones fueron realizadas por el LAL (Laboratorio de Acústica y Luminotecnia) con presencia del OCCOVI y personal de Autopistas del Sol. Se adjuntan los documentos al final del informe.
1. Fundamentos técnico-científicos
La visión diurna es aquella con adaptación a luminancias de más de 3 cd/m2. Se la define como visión fotópica, es responsabilidad de los conos, y por esta razón se concentra en el área de la fóvea. La agudeza visual es alta, se pueden percibir colores.
En el otro extremo, tenemos la visión a bajos niveles de iluminación con adaptación a luminancias menores a 0,01 cd/m2. Se la define como visión escotópica y es responsabilidad de los bastones, y por lo tanto abarca fundamentalmente la periferia de la retina. La agudeza visual es baja, no se pueden percibir los colores. Pero es importante destacar su sensibilidad para la percepción de los movimientos laterales de los objetos.
Entre ambos extremos, existe una visión intermedia (entre la fotópica y la escotópica) que se da en situaciones de niveles de iluminación, que sin llegar a la oscuridad total, tampoco llega a ser la luz de un día a pleno sol. Se la define como visión mesópica y se trata, principalmente, del tipo de visión empleado en condiciones de luz artificial, donde tanto conos como bastones entran en juego. La visión mesópica está comprendida entre los niveles de luminancia que van desde 3 hasta 0,01 cd/m2, y es la zona donde se hallan los niveles de luminancia del alumbrado público.
La visión está en relación con todos los otros sentidos pero, en el ser humano; es dominante, particularmente durante la noche, en visión escotópica y mesópica, lo que es el caso del alumbrado público que nos ocupa (Prof. Darras).
En esta área de la visión mesópica se desarrollaron en los últimos años una gran cantidad de investigaciones (1) (2) y (3). En particular y para el alumbrado de las calles, el rango de luminancia de interés se estableció en:
- 0,01 cd/m2 < L < 0,1 cd/m2 sin iluminación de la calle
- 0,1 cd/m2 < L < 5 cd/m2 con iluminación de la calle
Para estas luminancias, la curva de eficiencia espectral relativa (respuesta del ojo) se desplaza hacia las longitudes de ondas más cortas (azules). Esto nos indica que nuestros ojos son más sensibles a estos valores de longitudes de onda (figura 1). Si comparamos los espectros de radiación de una luz de lámpara SAP con una luz blanca de lámpara CDM Elite (figura 2), esta última presenta valores de energía superiores en la zona de las longitudes de onda azules.
 
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“Queríamos utilizar luz blanca no solo para mejorar los servicios para los residentes y visitantes, sino porque tiene un papel importante en la reducción de los accidentes. También nos ayuda a nosotros y a nuestra policía a combatir el crimen, ya que proporciona una mejor imagen en nuestros equipos de CCTV.” Terry Felstead, responsable de alumbrado público de Royal Borough of Kensington and Chelsea de Londres, Inglaterra.
Si una fuente de iluminación mantiene niveles elevados de emisión de luz azul, los bastones serán más capaces de captarla, ya que son más activos en las condiciones de escasa iluminación (mesópicas).
Esto es lo que en la práctica se entiende por una mayor luminosidad percibida. No es necesario que la fuente de iluminación proporcione más luz en general, sino que emita niveles altos de una longitud de onda de luz que pueda captar el ojo. Esto es lo que hace la luz blanca. De hecho, un estudio de laboratorio [Raynham et al.] (2) llegó a la conclusión de que de noche y con niveles típicos de iluminación, era necesario el doble del nivel de iluminación con luz amarilla para lograr el mismo reconocimiento facial a distancia que el obtenido con una luz blanca.
Un ensayo, ver (5), realizado bajo los mismos niveles de iluminación con lámparas (luz amarilla) vs. (luz blanca), determinó que la gran mayoría de las personas admitió que su sensación de seguridad era mayor bajo la luz blanca. La percepción de la sensación de seguridad se consideró que era comparable incluso si se reducía el nivel de iluminación obtenido con la luz blanca en aproximadamente un 30%. La percepción de claridad ambiental resultó también comparable si la iluminancia era un 20% inferior a la obtenida con las lámparas SAP.
Georges Zissis y Mucklejhon Stuart (7), coautores del trabajo premiado en el concurso IEC Centenary Challenge en 2006 dicen: "Fuentes de alta eficiencia de luz son una vía para ayudar a los gobiernos a reducir el consumo de energía de los sistemas de iluminación”. Este trabajo se refiere a la falta de estandarización de las mediciones en las condiciones de visión mesópica. Indica que una lámpara de luz blanca de 150 W tiene una eficacia de 90/95 lm/W medida con el instrumental que utiliza la calibración en visión fotópica. Pero la misma lámpara medida bajo la condición de visión mesópica tendría una eficacia de 150 lm/W, lo cual significa un 58% más de luz. En otras palabras, la luz blanca permite reducir los consumos de energía en porcentajes muy significativos, con el adicional de mejorar sustancialmente las condiciones de visibilidad.
La CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) creó el comité TC1-58 Visual Performance in the Mesopic Range, que elaboró el informe (Complete Draft 3- September 8, 2009) «Recommended system for visual performance based mesopic photometry». Basado en consideraciones detalladas en el documento, recomienda para la fotometría mesópica basada en el rendimiento visual, el sistema denominado MES2 con un límite superior de luminancia de 5 cd/m2 y un límite inferior de 0,005 cd/m2.
Se destacan diferencias superiores al 5%. La tabla muestra que las lámparas con una potencia relativamente alta en la región de las longitudes de onda corta (hacia los azules del espectro) relación S/P > 1 resultan en un incremento de la luminancia cuando se las mide usando el sistema recomendado, mientras que las lámparas con una potencia elevada en la región del espectro de las longitudes de onda largas (hacia los rojos del espectro) resultan en una disminución de los valores de luminancia.
Nota: La relación S/P es la relación de la distribución espectral de la luz considerada con la curva de visión escotópica (Scotopic) dividida la misma distribución pero considerada con la curva de visión fotópica (Photopic).
El impacto utilizando el sistema de medición mesópica recomendado es mayor a medida que disminuye el nivel de la luminancia. Los niveles de luminancia recomendados para las calzadas se encuentran comprendidos entre 0,3 y 2 cd/m2 y están indicados en el rectángulo de la Tabla 1 (CIE 1995, CEN 2003, Rea 2000). Muchas de las fuentes de luz utilizadas en las aplicaciones de alumbrado público tienen una relación S/P comprendidos en alrededor de 0,65 (por ejemplo, sodio de alta presión) y 2,50 (por ejemplo ciertas lámparas de mercurio halogenado).
Usando el sistema recomendado para la fotometría mesópica para calcular la luminancia efectiva de estas fuentes en lugar de la curva de eficiencia luminosa espectral fotópica que es la utilizada corrientemente, resultará un cambio significativo en su eficacia aparente.
Por ejemplo, una luminancia fotópica de 1 cd/m2, el uso del sistema recomendado resulta en un cambio entre -5 y 15% para lámparas con la relación S/P entre 0,5 y 2,5; a 0,3 cd/m2, el cambio estará entre -10 y 30%. Los valores S/P de la Tabla 1 son considerados como valores típicos y puede ser variable dentro de un mismo grupo de lámparas dependiendo del tipo y potencia.
En rutas y calles, las luminancias caen dentro de la zona de “visión mesópica”.
En Europa, las luminancias medias mantenidas [Lmed] recomendadas para el alumbrado público están comprendidas entre 0,3 y 2 cd/m2 (CEN 2003).
En Argentina las luminancias medias, nivel inicial, están comprendidas entre 0,3 y 2,7 cd/m2, Revisión Norma IRAM-AADL J 2022-2 de 1995 - Octubre 2009. Para el caso de la Autopista en cuestión, las exigencias requeridas están basada en las recomendaciones de la CIE y la Norma DIN 5044 y son las siguientes en valores fotópicos:
- Luminancia media en la calzada: Lmed > 2 cd/m2
- Uniformidad general: U0 = Lmin/Lmed > 0,4
- Uniformidad longitudinal: Ul = Lmin/Lmáx > 0,7
3. Mediciones realizadas sobre Panamericana, ramal campana km 58,5 y 59,2
4. Conclusiones
Como podemos apreciar, con el reemplazo de la fuente de luz de sodio de alta presión existente de 400 W por la nueva fuente de luz blanca CDM Elite de 210 W se logran muy buenos niveles de luminancia media y se superan los de uniformidad. Si además consideramos las nuevas investigaciones y propuestas para ajustar la medición realizada (instrumental calibrado en visión fotópica) con la visión mesópica que es la que definitivamente corresponde a los niveles de alumbrado público, el valor medio inicial de luminancia con 2,53 cd/m2 está en la exigencia de la Revisión de la NORMA IRAM - AADL J2022-2 de 1995 - Octubre 2009, con solo un 6% a incrementar sobre el valor medido.
Cabe destacar la mejora estética, la seguridad, prevención de accidente y la eficiencia energética.
Veamos los consumos por puntos de luz:
Existen 10.847 puntos de luz con esta fuente instalada. Si consideramos 4.000 horas anuales de uso, el consumo de 18.700.228 kWh/año se reduciría a 9.762.300, es decir, un 47,8 %.
Una inspección realizada por seguridad vial de la autopista informó:
- Muy buena visual, banquinas con más superficie iluminada.
- Más seguridad en arbustos y arboleda.
- Enorme diferencia entre sectores adyacentes.
- No encandila al conductor cuando ingresa a la nueva zona iluminada.
- Muy buena visibilidad en condiciones de niebla.
La situación actual, con la mitad de la instalación apagada, no cumple con ningún requisito necesario para garantizar una buena seguridad vial.
El alumbrado vial permite una visibilidad sobre una distancia 3 a 4 veces superior a la distancia de frenado de un vehículo (que varía en función de la velocidad). A 110 km/h la distancia de frenado es de 130 m, mientras que la visibilidad con las luces altas solamente (sin alumbrado vial) es de 40 a 50 m.
La mejor visibilidad bajo la condición “iluminado” facilita los componentes de la anticipación, y por lo tanto la acción de evitar, y permite en consecuencia la optimización de los recorridos, particularmente en los casos de obstáculos. Con un buen alumbrado público, el conductor puede reaccionar entre 200 y 250 m antes que en una zona mal o no iluminada.
4. Referencias
(1) Effect of outdoor lighting on perception and appreciation of end-users Colette Knight1, Johan van Kemenade1 and Zeyniye Deveci.
(2) White Light and Facial Recognition, Peter Raynham and Toruun Saksvikronning The Lighting Journal, pp 29-33, January/February 2003.
(3) Mesopic Vision-Should we replace all sodium lamps by lamps with white light in our public lighting? – Stephan Völker –University of Paderborn – CIE 26TH SESSION-BEIJING 2007.
(4) BS5489:2003
(5) Trend Benefits of High Quality White Light in Urban Applications – Colette Knight and Zeyniye Deveci.
(6) LRC-Lighting Research Center- Driver Reponse to Peripheral Moving Targets under Mesopic Light Levels.
(7) Standardizing mesopic vision conditions and incidences on light sources sciences and technology. By Georges Zissis y Mucklejhon Stuart
(8) CIE(Commission Internationale de l’Eclairage) comité TC1-58 Visual Performance in the Mesopic Range (Complete Draft 3- September 8, 2009) « RECOMMENDED SYSTEM FOR VISUAL PERFORMANCE BASED MESOPIC PHOTOMETRY».
(9) El regreso de la luz blanca para el alumbrado público residencial. Ing. Luis Deschères Luminotecnia Nº 95-Mayo/junio 2009.
* Agradecemos muy especialmente la provisión de las nuevas lámparas y equipos auxiliares a Philips Argentina y la adecuación y medición de las luminarias a Strand S.A., como así la tarea realizada por el equipo de mantenimiento de Autopistas de Sol en cuanto a montaje e instalación en los tramos de la Ruta 9.
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