Diseño de la iluminación de la calle: Diseño y cálculos

Contenido

• Características básicas de las luminarias de alumbrado público
• Objetivos principales del esquema de diseño del alumbrado público
• ¿Qué lámparas se usan en el alumbrado público?
• Factores principales en el esquema de diseño del alumbrado público
• Tipos de camino para implementar varios esquemas de diseño de alumbrado público
• Luminaria de alumbrado público
• Ángulo de dispersión y lanzamiento de la luminaria de la calle
• Esquemas de disposición de postes en el diseño del alumbrado público
  • Una sola cara
  • Doble cara
  • Patrón escalonado o en zigzag
  • Posición del borde central
• ¿Cuáles son los parámetros de diseño de la luz de la calle?
• ¿Cómo calcular la iluminancia media en la superficie de la carretera?
• Luminancia específica de punto (L) en la superficie de la carretera
• ¿Cómo calcular la iluminancia de un punto específico del diagrama iso-lux de la luz de la calle?
• El resplandor en el alumbrado público
  • Deslumbramiento de la discapacidad
  • Malestar Deslumbramiento

Diseño de la iluminación de la calle es el diseño de la iluminación de las calles para que la gente pueda continuar con seguridad sus viajes en la carretera. Los sistemas de iluminación de las calles nunca tienen la misma apariencia que la luz del día, pero proporcionan suficiente luz para que las personas vean los objetos importantes necesarios para atravesar la carretera. El alumbrado público juega un papel importante en:

• Reducir el riesgo de accidentes nocturnos
• Ayudar a la protección de edificios/ propiedades (desalentando el vandalismo)
• Disuadir la delincuencia
• Creación de un entorno seguro para la habitación

Características básicas de las luminarias de alumbrado público

Las características básicas de las luminarias de alumbrado público son:

• Las luminarias de las carreteras están montadas horizontalmente y por lo tanto tienen una orientación vertical fija.
• Las luminarias de alumbrado de carreteras tienen distribuciones de intensidad particulares que se desean para iluminar largas y estrechas franjas horizontales en un lado de la luminaria, mientras se minimizan las intensidades en el otro lado de la luminaria.
• Las distribuciones de intensidad arriba y abajo de la estrecha franja son generalmente las mismas.
• Cualquier luminaria de objetivo fijo que no tenga este tipo de distribución de intensidad se denomina luminaria de área.

Objetivos principales del esquema de diseño del alumbrado público

A continuación se presentan los principales objetivos del plan de diseño del alumbrado público:

1. Sensación visual perfecta para la seguridad
2. Ambiente iluminado para el movimiento rápido de los vehículos
3. Visión clara de los objetos para un movimiento cómodo de los usuarios de la carretera.

¿Qué lámparas se usan en el alumbrado público?

Se utilizan varios tipos de lámparas en las luminarias de alumbrado público. Son

1. Lámpara de sodio de alta presión
2. Lámparas de halogenuros metálicos
3. Lámparas de sodio de baja presión
4. Lámpara incandescente (no recomendado)
5. LED
6. CFL (utilizado en los carriles o calles sólo que no ampliamente)

Factores principales en el esquema de diseño del alumbrado público

1. El nivel de luminosidad debería ser el adecuado
   La luminancia siempre influye en la sensibilidad al contraste de las obstrucciones con respecto al fondo. Si la calle es más luminosa, entonces los alrededores más oscuros hacen que el conductor se adapte, a menos que no pueda percibir los objetos del entorno. Según el CIE, a 5 m de distancia de la carretera a ambos lados se iluminará con un nivel de iluminación de al menos el 50% del de la carretera.
2. La uniformidad de la luminancia debe ser alcanzada
   Para proporcionar confort visual a los ojos del espectador, se necesita suficiente uniformidad luminosa. Por uniformidad luminosa se entiende la relación entre el nivel mínimo de luminosidad y el nivel medio de luminosidad, es decir.
   
   Se denomina relación de uniformidad longitudinal, ya que se mide a lo largo de la línea que pasa por la posición de los espectadores en medio del tráfico que se enfrenta a la corriente de tráfico.
3. El grado de limitación del resplandor siempre se tiene en cuenta en el esquema de diseño
   El resplandor significa incomodidad visual debido a la alta luminosidad. Hay dos tipos de deslumbramiento creados por las luminarias de las calles, el primer tipo es el deslumbramiento por discapacidad y el segundo tipo es el deslumbramiento por incomodidad. El deslumbramiento por discapacidad no es un factor fuerte, sino que el deslumbramiento por incomodidad es un factor común debido a un plan de iluminación de la calle no planificado.
4. El espectro de la lámpara para la nitidez visual depende de las luminarias adecuadas
   Es muy esencial hacer un objeto según su tamaño y dimensión.
5. La eficacia de la guía visual es también un factor importante
   Ayuda al espectador a adivinar a qué distancia está otro objeto de su posición.

Tipos de camino para implementar varios esquemas de diseño de alumbrado público

Según la CIE, 12 carreteras se clasifican a grandes rasgos en cinco tipos.
Tipo A de diseño de iluminación de calles

• Tráfico pesado y de alta velocidad.
• Los caminos están separados con los separadores.
• No se permite cruzar.
• Acceso controlado
• Como el ejemplo: formas expresas.

Tipo B de diseño de iluminación de calles

• Tráfico pesado y de alta velocidad.
• Separar el camino para el movimiento lento del tráfico o de los peatones.
• Como el ejemplo: Carretera principal.

Tipo C de diseño de iluminación de calles

• Tráfico mixto pesado con velocidad moderada.
• Caminos rurales y urbanos.
• Como los ejemplos: Ring Road o Radial Road.

Tipo D de diseño de iluminación de calles

• Tráfico lento y propósito de los peatones.
• Camino en la ciudad o centro comercial.
• Como el ejemplo: Las calles comerciales.

Tipo E de diseño de iluminación de calles

• Tráfico mixto con velocidad limitada.
• Camino de conexión entre las zonas residenciales.
• Como el ejemplo: Calle local.

Luminaria de alumbrado público

La distribución de la intensidad de la luminaria de la calle se mide con un goniofotómetro de espejo. Y se representa gráficamente por el diagrama de intensidad polar.

Pero la distribución de la intensidad de la luz de carretera se mide siguiendo la convención fotométrica C. En la fotometría C-, C es el ángulo en el plano de la superficie de la carretera y es el ángulo creado entre el eje vertical de la luminaria y la dirección de lanzamiento del lumen, o en otras palabras, es el ángulo de incidencia.

Inicialmente en la superficie de la carretera, se recogen valores de Iluminancia específicos de un punto.
Entonces la intensidad I se calcula a partir de la ecuación de la Iluminancia,

¿Dónde, EP es la Iluminancia en el punto P de la carretera y h es la altura vertical desde el punto P hasta la luminaria. Después de calcular la intensidad, ponemos todos los valores de intensidad haciendo una tabla C- según su posición angular.

El formato de la tabla C- se muestra arriba. En esta tabla anterior C es la posición de máxima intensidad en la tabla.

Se consideran tres planos básicos de intensidad en la superficie de la carretera con respecto a una luminaria:

1. Avión 1: C-0o a C-180o a lo largo del camino.
2. Avión 2: C-90o a C-270o al otro lado de la carretera.
3. Avión 3: Plano principal, a través del punto de máxima intensidad de la luz, es decir, de C a C + 180o

Para obtener C tenemos que preparar un cuadro de distribución de intensidad de la luminaria de la carretera. Donde la intensidad se encuentra en el valor máximo es el valor de grado de C. Para dibujar el eje principal del plano tenemos que añadir 180o con C.

Ángulo de dispersión y lanzamiento de la luminaria de la calle

Los dos términos principales relacionados con la luminaria de la calle son:

1. Ángulo de dispersión: es el ángulo de la luminaria para dirigir el flujo luminoso a través de la carretera.
2. Ángulo de lanzamiento: es el ángulo de la luminaria para dirigir el flujo luminoso a lo largo del camino.

Se indica por:

Esquemas de disposición de postes en el diseño del alumbrado público

Una sola cara

Cuando el ancho (W) del camino es casi igual a la altura del poste (H), es decir, W = H, entonces los postes están dispuestos en un solo lado. Generalmente la altura de los postes es de 10 metros.
El espacio entre dos polos es igual al ancho de la carretera.

Doble cara

Cuando el ancho (W) de la carretera es casi el doble de la altura de los postes (H), es decir, W = 2H, entonces los postes están dispuestos a lo largo de ambos lados de manera opuesta.
El espacio entre dos polos puede no ser igual al ancho de la carretera.

Patrón escalonado o en zigzag

Cuando el ancho (W) de la carretera es casi 1,5 veces la altura del poste (H), es decir, W = 1,5 H, entonces los postes están dispuestos en ambos lados en forma de zigzag.
El espacio entre dos polos puede no ser igual al ancho de la carretera.

Posición del borde central

Cuando el ancho (W) de la carretera es mucho mayor que la altura de los postes (H), es decir, W>>H, entonces los postes están dispuestos en el borde central de la carretera. Las luminarias están hechas para mirar hacia ambas superficies de la carretera desde el borde central.
El espacio entre dos polos puede no ser igual al ancho de la carretera.

¿Cuáles son los parámetros de diseño de la luz de la calle?

El parámetro de diseño de la luz de la calle se mide, evalúa o simula en el tramo de la carretera.

1. Promedio del nivel de luminancia mantenido en Lux
2. Sobre toda la uniformidad (U0) de la Iluminación para toda el área (ancho del tramo) de la carretera
3. Uniformidad longitudinal se mide a lo largo de la longitud de la carretera (longitud central por defecto)
4. Uniformidad transversal se mide a través de la carretera a lo largo de una línea que pasa por el punto nadir.
5. El deslumbramiento de la discapacidad se expresa en el incremento del umbral.
6. Incomodidad El deslumbramiento se expresa en la marca de control del deslumbramiento.
7. La densidad de potencia unitaria se mide por la longitud de la unidad.
   Dónde,
   donde el número de la luminaria (n) = 1 para la disposición de los postes de un solo lado
   = 2 para la disposición de los postes de doble cara
   = 2 para la disposición de los postes laterales escalonados.

Un controlador básico de la luz de la calle no es difícil de construir. El los mejores kits de inicio de Arduino ya vendrá con el requerido Arduino y fotoresistor para este propósito.

¿Cómo calcular la iluminancia media en la superficie de la carretera?

La iluminancia media se calcula por el método del Lumen, en el que se tienen en cuenta el factor de mantenimiento (MF) y el coeficiente de utilización (COU).

Dónde,
ΦL = Lumen de la Luminaria,
Aeff = superficie efectiva de la carretera bajo la iluminación = Ancho del tramo = S W

N = Número de luminarias
Otra vez,
N = 1 para el diseño del alumbrado público de una sola cara y
N = 2 para el diseño de la iluminación de la calle de doble cara y escalonada,
n = número de lámparas utilizadas en una sola luminaria = 1 para el alumbrado público.
El Coeficiente de Utilización (COU) es la relación entre el lumen utilizado y el lumen instalado. Y se obtiene de la gráfica del COU recomendada por el CIE.

Luminancia específica de punto (L) en la superficie de la carretera

Está relacionado con el punto específico de la Iluminancia (E).
Se expresa como, L = q E,
Donde, q es el coeficiente de luminancia en y depende de dos ángulos y…
es el ángulo entre el plano de incidencia de la luz (plano 1) y el plano de observación (plano 2).
es el ángulo de incidencia en el plano 1.

Así que ahora,


Como r y q ambas son la función de dos ángulos y , debemos escribir la ecuación como

¿Cómo calcular la iluminancia de un punto específico del diagrama iso-lux de la luz de la calle?

El diagrama Iso-Lux es la distribución de la iluminancia de la luminaria de la calle o la superficie de la carretera. El punto de máxima Iluminancia se llama Punto Nadir. El nivel de Iluminancia de otros puntos se da en valor porcentual con respecto a la Emax del punto Nadir. Supongamos que, Emax en el nadir es de 100 Lux, y en el otro punto la Iluminación es de 73 Lux, entonces este punto está marcado como el 73% de Emax. Por lo tanto, todos los puntos con el 73% de Emax se unen para obtener el diagrama Iso-Lux para el 73% de Emax. Todas las curvas Iso-Lux se dibujan de esta manera. Haciendo que el punto nadir se centre, se dibujan dos ejes a lo largo y a través de la carretera.

Supongamos que tenemos el diagrama Iso-Lux de la luz de la calle.

Según el anterior diagrama de muestra de Iso-Lux, tenemos que dividir la dimensión de dos ejes a término con respecto a la altura de la luminaria (h).

Supongamos que en el punto P, tenemos que calcular la Iluminancia, y ya tenemos el diagrama de la luminaria Iso-Lux.
Ahora averiguamos la coordenada de este punto P con respecto a la posición de la luminaria. Supongamos que este punto P está a una distancia h de la luminaria 1 y a 2h de la luminaria 2 y a 0,8h de la carretera de las luminarias 1 y 2.
Ahora tenemos que calcular la Iluminancia en el punto P para cada luminaria una por una del diagrama Iso-Lux.
Let, La contribución de la iluminación de la luminaria 1 en el punto P es EP,1 = x1%,
La contribución lumínica de la luminaria 2 está en el punto P es EP,2 = x2%,
La contribución de la iluminación de la luminaria 3 está en el punto P es EP,3 = x3%,
Así que, la última Iluminación en el punto P es

Otra vez Emax se calcula a partir de la ecuación recomendada por la CIE, es decir.

El valor de ya es proporcionado por el fabricante de la luminaria. Así que podemos obtener el valor de Emax y por lo tanto EP en el punto P.

El resplandor en el alumbrado público

El deslumbramiento es la incomodidad visual de los ojos humanos debido al nivel inadecuado de distribución de la luminancia de la luminaria para ver un objeto. El deslumbramiento se puede clasificar en dos tipos,

1. Deslumbramiento de la discapacidad
2. Malestar Deslumbramiento

Deslumbramiento de la discapacidad

El resplandor de la discapacidad hace que los ojos humanos no puedan ver ningún objeto por un tiempo. Por ejemplo, cuando miramos a cualquier fuente brillante durante unos segundos y luego miramos a cualquier objeto de bajo brillo, nos volvemos incapaces de ver este objeto correctamente, más bien vemos un punto negro durante algunas veces. Este es un tipo de ceguera momentánea.

El deslumbramiento de la discapacidad se mide en el valor de incremento del umbral. Con la ayuda de la distribución luminosa de una luminaria y utilizando el nomograma se puede determinar el incremento de umbral de una instalación de luminarias.
El nomograma es una representación gráfica de la fórmula para la luminancia de velo equivalente; el valor del incremento del umbral se representa con TI y calculado en porcentaje.
Se define como

¿Dónde, LV es la luminancia del velo y Lavg es la luminancia media del objeto o de la superficie de la carretera. Donde, LV es la luminancia del velo y Lavg es la luminancia media del objeto o de la superficie de la carretera.

Malestar Deslumbramiento

El deslumbramiento por incomodidad no es la causa de la ceguera momentánea como el deslumbramiento por discapacidad, pero es responsable de afectar la visibilidad de los ojos humanos en cierta medida durante mucho tiempo. Este tipo de deslumbramiento depende de la instalación de la luminaria. Si la luminancia está en un valor más alto, los ojos humanos no pueden observar el objeto con una luminancia más baja correctamente más allá de esta luminancia más alta. El deslumbramiento de molestia se calcula en términos logarítmicos. Si tenemos el índice de luminancia específico (SLI) de una luminaria, podemos calcular fácilmente este deslumbramiento por incomodidad de esa luminaria. El SLI es la característica de distribución de la luz de la luminaria.

Se indica con la marca de control del deslumbramiento (G). Para el alumbrado público, la marca de control del deslumbramiento de la incomodidad viene dada por:

Dónde,
SLI = Índice Específico de Luminosidad,
Lavg = luminancia media de la superficie de la carretera (cd/m)2)
h = altura de montaje reducida (m).
p = número de luminarias por kilómetro.
El SLI se calcula en términos de valor logarítmico.

Dónde,
I80 y yo88 son la intensidad luminosa (cd) a lo largo de las direcciones verticales descendentes en el paralelo vertical al eje de la carretera corresponden al ángulo 80 grados y 88 grados respectivamente.
F es el área de emisión de luz aparente (m2) de la luminaria vista en un ángulo = 76 grados con respecto a la vertical descendente.
C es el factor de color según el SPD de la lámpara eléctrica usado. Para la lámpara de sodio de baja presión C = 0,4 y C = 0 para todas las demás lámparas blancas.
Cuando el SLI < 2, el control del deslumbramiento es limitado. Cuando 2 SLI 4, el control del deslumbramiento es moderado. Cuando SLI > 4, el control del deslumbramiento es alto.
Un valor más alto de SLI significa una menor posibilidad de crear un resplandor de incomodidad.