Servicios Integrales de Ingeniería Industrial

Con el fin de lograr el mejor aprovechamiento de la energía consumida y control adaptativa de la iluminación, la instalación de alumbrado se ha de proyectar de manera que se puedan realizar fácilmente encendidos parciales, ya sea para aprovechar la luz natural, o bien, para ajustar los puntos de luz en funcionamiento a las necesidades del momento. Con este objeto resulta aconsejable el fraccionamiento de la maniobra de los distintos circuitos en un mismo local, mediante interruptores debidamente señalizados, es decir, para que una iluminación sea eficiente energéticamente es fundamental la zonificación o parcialización de circuitos. Hay que destacar en el aspecto de la selectividad de la instalación, la importancia de que las luminarias deberán estar conectadas a varios circuitos, separando las que se encuentran próximas a las ventanas, de tal manera que permita controlar el encendido de éstas de forma independiente del resto de luminarias.

TIPOS DE SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL

La implantación de sistemas de control reduce los costes energéticos y de mantenimiento de la instalación, e incrementa la flexibilidad del sistema de iluminación. Este control permite realizar encendidos selectivos y regulación de las luminarias durante diferentes períodos de actividad, o según el tipo de actividad cambiante a desarrollar.

Estos sistemas se apagan, encienden y regulan según detectores de movimiento y presencia, células de nivel por la luz natural o calendarios y horarios preestablecidos. La utilización de estas técnicas es muy aconsejable y supone ahorros en energía muy importantes de hasta el 65%, dependiendo del tipo de instalación.

Un control de alumbrado bien concebido, puede ahorrar energía en dos sentidos:

– Haciendo buen uso de la luz natural, para reducir los niveles de la luz artificial cuando sea posible.

– Apagando el alumbrado artificial cuando el espacio a iluminar no esté ocupado.

Se distinguen 4 tipos fundamentales:

1. Regulación y control bajo demanda del usuario por interruptor manual, pulsador, potenciómetro o mando a distancia.
2. Regulación de la iluminación artificial según aporte de luz natural por ventanas, cristaleras, lucernarios o claraboyas.
3. Control del encendido y apagado según presencia en la sala.
4. Regulación y control por un sistema centralizado de gestión

1- Control de la iluminación artificial mediante interruptores manuales/temporizados

Un simple interruptor manual es una poderosa herramienta para ahorrar energía. Los trabajadores pueden apagar el alumbrado durante su ausencia en una dependencia, horas de comidas, etc. Esto es raramente realizado en la práctica. Cuando el primer ocupante de un local entra en él, la posibilidad de que encienda el alumbrado depende, principalmente, del nivel de luz natural existente en la sala. Sin embargo, el apagado del alumbrado no se produce hasta que el último ocupante del local lo haya abandonado, o en muchas ocasiones hasta que la persona de seguridad de la empresa realiza la ronda de última hora de la tarde. Los interruptores deben estar perfectamente etiquetados, indicando sobre qué instalación o circuito actúa cada uno, y separados entre sí, para que el usuario no sienta la tentación de activar varios de ellos con un solo movimiento de la mano. Las luminarias deben estar conectadas a varios circuitos, separando las que se encuentran próximas a las ventanas de aquellas situadas en el lado opuesto. Como regla a seguir en estos casos, el número de interruptores manuales existentes para el control del alumbrado de local o sala, no debe ser menor a la raíz cuadrada del número de luminarias instaladas.  Por ejemplo, en una oficina con doce (12) luminarias, el número de interruptores manuales será, como mínimo, de cuatro (4).

 Dentro de este sistema se engloban los interruptores temporizados, que se pueden considerar como un sistema más radical que los manuales. Las lámparas son apagadas desde un panel central a la misma hora cada día, coincidiendo con los tiempos libres. Los usuarios son libres de reencender aquellas lámparas que consideren necesarias. En este sistema, la participación de los empleados es esencial, ya que deben involucrarse en el ahorro energético y comprender la importancia que el consumo tiene en el medio ambiente. En cada caso, un interruptor de rango superior al temporizado, debe permitir reencender las lámparas que a criterio del usuario se consideren necesarias. Interruptores temporizados independientes pueden ser utilizados en aquellas dependencias donde la permanencia de personas sea o deba ser por un tiempo limitado. Por ejemplo, en los servicios.

2- Control de iluminación artificial mediante controladores de luz natural

La luz natural que penetra a través de las ventanas pueden crear una variación agradable en el alumbrado y facilitar un modelado y una distribución de luminancias específicas en el interior. Todo ello contribuye a un sentimiento general de satisfacción visual experimentada por los trabajadores, siempre y cuando no exista deslumbramiento por parte del sol, del cielo o de las propias ventanas cuando las salas son muy profundas. Sin embargo, las ventanas que puedan originar deslumbramiento, necesitan que el alumbrado eléctrico en la zona adyacente a la luz natural sea incrementado de nivel, con objeto de compensar la alta luminancia de las ventanas. Podríamos evitar dicho deslumbramiento mediante la utilización de cristales tintados de baja transmitancia, persianas, rejillas o mamparas. En la mayoría de las instalaciones del sector servicios puede aprovecharse la luz natural hasta una distancia de unos 4m desde las ventanas y durante la mayor parte del año, pudiendo reducir el flujo de las luminarias instaladas sobre las mesas que ocupan esta posición cercana a las ventanas. Cuando existe aportación de luz natural en el interior, es importante eliminar las zonas oscuras con el alumbrado de local o sala, no debe ser menor a la raíz cuadrada del número de luminarias instaladas.

3- Control de iluminación artificial mediante detectores de presencia

Los detectores de presencia responden a la ausencia de personas en el local con el apagado del alumbrado artificial. Existen cuatro tipos de detectores de presencia:

• Infrarojos
• Acústicos por ultrasonidos
• Acústicos por microondas
• Híbridos de los dos anteriores

Estos sistemas pueden originar el apagado de la instalación que controlan, si a pesar de la presencia de alguna persona en el interior, esta permanece durante un periodo de tiempo en actitud estática.

4- Regulación y control por un sistema centralizado de gestión.

En edificios destinados a usos múltiples, es cada vez más interesante disponer de un sistema que permita el manejo y el control energético de las instalaciones de iluminación, de forma similar a los implantados para otras instalaciones como las de climatización. El control centralizado supone una serie de ventajas, entre las que citaremos:

• Posibilidad de encendido/apagado de zonas mediante órdenes centrales, bien sea manuales o automáticas (control horario).
•  Modificación de circuitos de encendido a nivel central sin obras eléctricas.
• Monitorización de estado de los circuitos y consumos de los mismos.

Si el sistema centralizado dispone simultáneamente de control local, un buen uso de la centralización permitirá un considerable ahorro de energía, aplicando un buen control horario, de acuerdo con las necesidades del usuario, que evite luces olvidadas encendidas.

Se recomiendan las siguientes reglas genéricas de conmutación, que son aplicables a cualquier tipo de sistema de control:

• Cada oficina o zona, por separado debe tener sus propios interruptores de control.
• En grandes espacios, las zonas de trabajo deben agruparse y el alumbrado de cada grupo conmutarse independientemente.
• Cada grupo debe ser conmutable en al menos dos etapas del 50% cada una y distribuido uniformemente sobre toda el área.
• Las zonas de tareas que precisen niveles mayores de iluminación, como por ejemplo mesas de dibujo, deben tener circuitos de alumbrado independientes.
• Las luminarias adyacentes al plano de ventanas deben conectarse en grupos conmutados separadamente.

Recomendaciones sobre uso de sistemas de regulación y control en diferentes zonas: Los locales o espacios donde se recomienda la utilización de alguno de los anteriores sistemas de control y regulación son:

• Oficinas, zonas comunes y salas con aporte de luz natural y ocupación variable. El aprovechamiento de la luz natural y el control del encendido, ante la falta de ocupación de la oficina o la zona permite conseguir ahorros de hasta un 60 %.
• Son zonas con una ocupación muy intermitente, por lo que el ajuste del tiempo real de ocupación con el real de encendido, puede suponer ahorros superiores al 60%. Por ello se recomienda utilizar sistemas de control por presencia o pulsadores temporizados.
• Oficinas tipo Reunión y Club. Para este tipo de oficina resulta casi imprescindible el disponer de sistemas de regulación de la iluminación que permitan su ajuste a la tarea que se realiza en cada momento.

EQUIPOS DE CONTROL Y MODULACIÓN PARA UNA ILUMINACIÓN EFICIENTE

La iluminación (en prestaciones, mantenimiento y reducción de consumo) que genera el alumbrado LED con respecto a otras tecnologías como la halógena o la fluorescente dispone de una característica adicional muy importante, un amplio control de los dispositivos lumínicos. Esta particularidad nos permite, de una parte, reducir el consumo en lugares donde no es siempre necesario el empleo de la potencia lumínica en su totalidad (100%); y de otra el apagado en las zonas con intermitencia de uso.

En este caso describiremos el funcionamiento de dos protocolos de control y sus características técnicas: El protocolo 1-10V y el estándar DALI.

El protocolo 1-10V 

El denominado protocolo 1-10V permite la regulación del flujo luminoso entre el 1 y el 100% mediante la variación de una señal continua entre valores de 1 a 10 V. Su mínimo valor se obtiene, bien cuando la diferencia de potencial entre bornes es de 1V, bien cuando éstos se encuentran en cortocircuito. En cambio, su máximo se consigue cuando la señal recibida es igual a 10V, o cuando los bornes se dejan en circuito abierto.

Por otra parte, en este protocolo es importante tener en cuenta dos aspectos esenciales. Primeramente, que la señal de regulación necesita instalar una línea adicional de control (2 hilos). En segundo lugar, que la citada señal  se ocupa de la regulación (en ningún caso para apagar la luminaria); razón por la cual nunca se conseguiría reducir el consumo a cero cuando no existan personas en la zona de trabajo.

En el ya mencionado sistema de regulación, el sensor provoca una mayor o menor caída de tensión en bornes de la línea de control de la fuente; tal y como funcionaría un potenciómetro. La fuente analiza la caída de tensión y regula la corriente suministrada a la luminaria para disminuir o aumentar el flujo lumínico.

El conexionado relativo a la red de control 1-10V se puede observar en el esquema superior, donde la unión sensor-actuador sobre las fuentes dimmables se realiza en serie (siendo imprescindible la instalación de un sensor por cada una de las zonas independientes deseadas), y siempre teniendo en cuenta la existencia de una longitud máxima del cableado de control debida a la caída de tensión.

Protocolo DALI

En segundo lugar, se encuentra el protocolo de regulación DALI (Digital Addresable Lighting Interface); interfaz de comunicación direccionable y digital, muy extendido en iluminación, y que nació para ser el sucesor del 1-10V. Esta norma se ha convertido en una alternativa de código abierto al Interfaz de Señales Digitales (DSI) y se encuentra reconocida por la norma IEC 60929. Es un protocolo creado para controlar sistemas de iluminación. Para asegurar el correcto funcionamiento entre equipos de distintos fabricantes, el protocolo DALI define como deben interactuar entre ellos y obliga a pasar pruebas en un laboratorio certificado o con un equipo especial para los miembros DALI. Los productos se prueban (tiempo de respuesta, respuesta antes fallos, reseteos, niveles de regulación, grupos, etc.) para poder marcarlos como DALI y asegurar la compatibilidad.

La red DALI está formada por un sensor, un controlador y una o más luminarias que deben disponer de una fuente compatible, en la cual cada una de ellas recibe una dirección estática, hasta un máximo de 64.

En este protocolo la topología de conexionado es mucho más sencilla que en el primer caso, pues tolera la conexión en paralelo de cada una de las luminarias al bus, evitando una topología en bucle o anillo.

Como medio de transmisión de información se usan exclusivamente dos hilos, y puesto que su apantallamiento no es imprescindible, se puede utilizar una manguera de 5 hilos. De esta manera es posible llevar la alimentación, la tierra y el control DALI a todas las luminarias.

A diferencia de su antecesor, este protocolo de control de iluminación es bidireccional, es decir, la información fluye desde el controlador hasta la luminaria y al revés. Gracias a esta bidireccionalidad es posible conocer diversos datos como el nivel actual de iluminación o funcionamientos de dispositivo incorrectos.

Aparte, también se debe tener en cuenta que la longitud máxima de cableado depende de la sección, y que ésta, bajo ningún concepto debe de superar los 300m. Una vez que se ha cableado la instalación, se realiza la programación de cada una de las zonas de control (de 1 o más dispositivos) hasta un máximo de 16 zonas independientes vía software.

Si estamos frente a un diseño de un proyecto de alumbrado, ya sea de interior o exterior, la correcta elección de un protocolo de control es vital, ya que mediante su uso se consigue ahorrar energéticamente. Para ello hace falta analizar cada caso particularmente.

Diferencias entre protocolos

Dependiendo de las necesidades de cada cliente, puede ser interesante la instalación de un control 1-10V, puesto que se trata de un sistema con menores opciones de control, pero tiene asociado un coste de inversión más reducido. Un ejemplo claro de este modelo es la no obligatoriedad de una gestión integral de alumbrado. Por otro lado, el protocolo DALI está más orientado a aplicaciones que sí requieran de esta gestión integral, pues permiten un control mucho más amplio sobre el funcionamiento de los dispositivos y reduce los costes de mantenimiento derivados de un mal funcionamiento.

Una de las principales ventajas de trabajar con protocolo DALI es que permite planificar una instalación o sistema de iluminación de una forma más conceptual que física con la posibilidad de modificar fácilmente grupos o escenas en el último momento sin tener grandes implicaciones a nivel operativo (cableado) como pasa con otro tipo de sistemas.

Fuente: IDAE