diseÑo de un sistema sfv para iluminacion...
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DISEÑO DE UN SISTEMA SFV PARA ILUMINACION PISTA BMX PEÑAMONTE
PRESENTADO POR:
LUIYER ALEXANDER MURCIA TRIVIÑO 20081007065
TIPO DE TRABAJO: PROYECTO DE GRADO
DIRECTOR: DIEGO JULIAN RODRIGUEZ PATARROYO
CO DIRECTOR: JOHANN ALEXANDER HERNANDEZ MORA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERIA
PROYECTO CURRICULAR DE INGENIERA ELECTRICA
NOTA DE ACEPTACION
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FIRMA DEL DIRECTOR
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FIRMA DEL CO DIRECTOR
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FIRMA DEL JURADO
AGRADECIMIENTOS A mi familia por su acompañamiento en esta etapa de formación, su apoyo incondicional y su capacidad de entendimiento, por haber estado ahí en esos momentos difíciles, en especial a mi tio Hector Oswaldo cuyos consejo siempre me daban una buena guía, mi tia Vilma Cecila por su inmenso y grandioso propósito de formar gente capaz y de bien a mis padres por su gran apoyo y tener la paciencia que tuvieron, y a mi abuela Elisa que desde un inicio me apoyo y me brindo su mano una mujer forjadora de grandes hombres y mujeres, madre y educadora. A mi novia Aravy cuya perseverancia y fortaleza son un ejemplo a seguir, por su constante apoyo, dedicación y gran amor durante estos años, cuya preocupación por el avance de este trabajo llevo a dar por culminado este proyecto, gracias por cada momento y entender mis ausencias. Agradecimiento especial al profesor Diego Julián Rodriguez por la constancia, los consejos, el apoyo, el ánimo y el direccionamiento brindado en este trabajo, por sus comentarios en todo el proceso de elaboración del presente Proyecto. Gracias a Dios y a la vida por este nuevo triunfo, y a todas las personas que brindaron su
apoyo y creyeron en la realización de este trabajo y que estuvieron conmigo en todo este
proceso de mi formación profesional.
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ 6
LISTA DE TABLAS.................................................................................................................................. 7
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 8
2. ESTADO DEL ARTE ..................................................................................................................... 10
2.1. MARCO REFERENCIAL........................................................................................................ 10
2.2. NORMATIVA EN ILUMINACIÓN ......................................................................................... 15
2.3. SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO ...................................................................................... 18
3. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 22
4. RESULTADOS ............................................................................................................................. 29
4.1. ILUMINACIÓN .................................................................................................................... 29
4.1.1. PRIMER MODELO ...................................................................................................... 31
4.1.2. SEGUNDO MODELO ................................................................................................... 34
4.1.3. TERCER MODELO ....................................................................................................... 38
4.2. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ....................................................... 40
4.2.1. SISTEMA AUTONOMO PRIMER MODELO .................................................................. 41
4.2.2. SISTEMA HIBRIDO SEGUNDO Y TERCER MODELO. .................................................... 43
5. ANALISIS FINANCIERO ............................................................................................................... 46
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................................................................................... 50
7. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 51
8. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 53
ANEXO 1 ............................................................................................................................................ 55
MANEJO SOFTWARE DIALUX..................................................................................................... 55
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 FOTOGRAFÍA PARTIDOR PISTA MARIANA PAJÓN MEDELLÍN COLOMBIA – TOMADA DE BMX
INTERNATIONAL TEAM ............................................................................................................................ 11
FIGURA 2 FOTOGRAFÍA GRADERIAS PISTA MARIANA PAJÓN MEDELLÍN COLOMBIA - TOMADA DE BMX
INTERNATIONAL TEAM ............................................................................................................................ 11
FIGURA 3 FOTOGRAFÍA PISTA BAKU, AZERBAIYAN TOMADA DE BMX INTERNATIONAL TEAM ....................... 12
FIGURA 4 LONGITUDES DE ONDA DE LOS COLORES -FUENTE IESNA- .............................................................. 12
FIGURA 5 COLORES VISIBLES POR EL OJO HUMANO ENTRE LOS 380 Y LOS 700 NM DE LONGITUD DE ONDA 13
FIGURA 6 MEDIDAS PARA EL CÁLCULO DE LA ALTURA DEL POSTE .................................................................. 18
FIGURA 7 DIAGRAMA DE FLUJO METODOLOGÍA DESARROLLADA .................................................................. 22
FIGURA 8 UBICACIÓN DE LA PISTA ................................................................................................................... 29
FIGURA 9 PLANO DETALLADO DE LA PISTA EN AUTOCAD................................................................................ 30
FIGURA 10 ZONAS DE ESTUDIO EN LA PISTA .................................................................................................... 31
FIGURA 11 UBICACIÓN DE LAS LUMINARIAS CASO 1 ....................................................................................... 32
FIGURA 12 RESULTADO DIAGRAMAS ISOLUX MODELO 1 A) TRAMO 2 B) CURVA 2 ........................................ 33
FIGURA 13 DIAGRAMA DE COLORES FALSOS CAD MODELO 1 ......................................................................... 33
FIGURA 14 UBICACIÓN DE LOS POSTES MODELO 2 ......................................................................................... 35
FIGURA 15 ILUMINACIÓN CON DOS POSTES LATERALES MODELO 2 ............................................................... 36
FIGURA 16 RESULTADOS DIAGRAMAS ISOLUX MODELO 2 A) TRAMO 2 B) CURVA 2 ...................................... 37
FIGURA 17 DIAGRAMA DE COLORES FALSOS MODELO 2 ................................................................................. 37
FIGURA 18 ILUMINACIÓN LATERAL .................................................................................................................. 38
FIGURA 19 RESULTADOS DIAGRAMAS ISOLUX MODELO 3 A) TRAMO 2 B) CURVA 2 ...................................... 39
FIGURA 20 DIAGRAMA COLORES FALSOS EN MODELO 3................................................................................. 39
FIGURA 21 PANTALLA DE INICIO DIALUX ......................................................................................................... 55
FIGURA 22 ENTORNO DE TRABAJO DIALUX ..................................................................................................... 56
FIGURA 23 IMPORTANCIÓN DE ARCHIVO AUTOCAD ....................................................................................... 57
FIGURA 24 VENTANA DE IMPORTACIÓN DE ARCHIVO .CAD ............................................................................ 57
FIGURA 25 VENTANA DE BUSQUEDA DEL ARCHIVO CAD ................................................................................. 58
FIGURA 26 VISTA DEL PLANO CAD IMPORTADO A DIALUX .............................................................................. 58
FIGURA 27 GUÍA DE TRABAJO DIALUX ............................................................................................................. 59
FIGURA 28 ZONAS DE ESTUDIO EN LA PISTA .................................................................................................... 59
LISTA DE TABLAS
TABLA 1 TIPOS DE FUENTES LUMINOSAS EN FUNCIÓN DE SUS CARACTERÍSTICAS DE TEMPERATURA DE
COLOR E ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA. FUENTE RETILAP .................................................... 15
TABLA 2 LUMINARIAS SELECCIONADAS PARA ESTUDIO .................................................................................. 31
TABLA 3 RESUMEN CALCULOS ILUMINACIA MODELO 1 .................................................................................. 34
TABLA 4 RESULTADOS ILUMINANCIAS MODELO 2 ........................................................................................... 38
TABLA 5 RESUMEN ILUMINANCIA MODELO 3 ................................................................................................. 40
TABLA 6 RESUMEN LUMINARIAS Y CONSUMO DE LOS MODELOS .................................................................. 40
TABLA 7 DATOS HSS UPME ............................................................................................................................... 41
TABLA 8 VALORES DE ENERGÍA NECESARIA PARA EL SISTEMA FOTOVOLTAICO.............................................. 41
TABLA 9 CARACTERÍSTICAS DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS .................................................................... 41
TABLA 10 CARACTERISTICAS DE LAS BATERÍAS. ............................................................................................... 42
TABLA 11 CARACTERISTICA DE LOS REGULADORES. ........................................................................................ 42
TABLA 12 CARACTERISTICAS DE LOS INVERSORES. .......................................................................................... 42
TABLA 13 OPCIONES OBTENIDAS DEL DIMENSIONAMIENTO .......................................................................... 43
TABLA 14 INVERSORES SELECCIONADOS PARA SISTEMA DE INYECCIÓN A LA RED. ........................................ 43
TABLA 15 UPS EN EL MERCADO ....................................................................................................................... 43
TABLA 16 OPCIONES OBTENIDAS PARA MODELO DE INYECCIÓN A LA RED. ................................................... 44
TABLA 17 OPCIONES DE DIMENSIONAMIENTO SISTEMA HIBRIDO CON RESPALDO DE BATERÍAS. ................. 45
TABLA 18 ANALISIS FINACIERO MODELO 1 ...................................................................................................... 47
TABLA 19 ANALISIS FINANCIERO MODELO 2 .................................................................................................... 48
TABLA 20 ANALISIS FINANCIERO MODELO 3 .................................................................................................... 49
1. INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica se ha vuelto tan imprescindible para el estilo de vida del hombre casi tanto
como el agua, su consumo crece tanto como lo hace la población mundial, esto ha llevado tanto al
agotamiento de los recursos para la generación de energía eléctrica como al incremento de la
contaminación mundial. La implementación de energías alternativas de generación eléctrica han
surgido como una solución, los sistemas fotovoltaicos que hacen parte de las energías renovables
han tenido una gran acogida en su implementación [1], estos sistemas permiten la generación de
energía eléctrica a partir de la radiación solar, que a diferencia de los combustibles fósiles se
cuenta con una fuente de energía ilimitada y mucho más amigable con el medio ambiente [2].
Este tipo de sistemas están siendo muy acogidos y promovidos no solo por las características ya
mencionadas sino que su implementación es mucho más sencilla y ofrecen soluciones tanto para
sistemas conectados a la red como para sistemas aislados a la misma, por otro lado los estudios
desarrollados en esta tecnología han permitido reducciones de costo considerables a las primeros
desarrollos, por lo que se ha convertido en una tecnología mucho más exequible tanto así que
países como Alemania cuentan con más de una tercera parte de su generación total a partir de
sistemas fotovoltaicos. [3]
Los escenarios deportivos son aquellos lugares donde se llevan a cabo competencias que ponen a
prueba las habilidades de los competidores es pues importante contar con una correcta
implementación del lugar garantizando las mejor condiciones para los participantes como para los
que van a ver, las condiciones del campo como la del equipo necesario de la ejecución del deporte
son imprescindibles pero también lo es la iluminación, si un jugador ve afectado su campo de
visión por falta o exceso de iluminación esto ocasionaría que no se llevara a cabalidad el desarrollo
del deporte, es por ello que tanto la luz natural como la artificial tienen un papel importante en
esto, la iluminación artificial es la que nos interesa sobre todo cuando no se tiene luz natural es
decir en horas de la noche y es vital brindar la luz necesaria para el desarrollo de la práctica, a lo
largo del tiempo se han llevado a cabo estudios que buscan mejorar la calidad brindada a la
actividad en específico que se lleve a cabo y siempre es necesario contar con una gran cantidad e
luz artificial para garantizar una buena iluminación Esto implica un alto consumo de energía
eléctrica para su funcionamiento, por lo tanto, es necesario buscar alternativas de generación
local de energía, que puedan suplir la necesidad energética y a su vez que sean amigables con el
ambiente
Es por esto que el presente trabajo está enfocado a diseñar una propuesta de iluminación bajo
energía fotovoltaica para el campo deportivo de BMX Peñamonte, ubicado a 3.5 Km de Ubaté, en
Cundinamara buscando cumplir con las medidas internacionales establecidas por la UCI con
partidores para Supercross y challenger. Este tipo de competencia diferente a los deportes donde
se hace uso de una pelota para anotar puntos y ganar el juego, se basa en el tiempo que lleva el
terminar un circuito usando una bicicleta adaptada para este tipo de competencia, por tal motivo
los requerimientos de iluminación cambian debido a que no se necesita de enfocarse en la
percepción de un balón solamente en la pista esto quiere decir que la iluminación vertical que es
la encargada de la visibilidad del balón en gran parte [4], no es de importancia.
De esta manera se generarán propuestas, para el diseño de la iluminación bajo energía
fotovoltaica y siguiendo las normativas generando una configuración óptima del sistema
fotovoltaico, analizando su viabilidad económica comparada con el suministro de la red eléctrica,
por lo que el desarrollo de este proyecto hizo en primera instancia un estudio del lugar para lograr
determinar los requerimientos necesarios de la iluminación de la pista basándose en las
normativas vigentes para este tipo de escenarios, para ello se hizo un levantamiento del terreno
que permitiera desarrollar una solución precisa del requerimiento y indagando sobre las normas
tanto nacionales como internacionales desarrollar tres modelos que permitieron brindar una
solución que se adapte tanto técnica como económicamente, a partir de ello se realizó una
simulación en Dialux que permitiese verificar que se cumpliese con los parámetros estipulados por
la norma. Realizando así un estimativo de la carga total que se requeriría para alimentar a partir
del sistema fotovoltaico, enseguida de ello se hizo el diseño y dimensionamiento del sistema
fotovoltaico, para luego hacer un análisis comparativo de la tecnología que mejor se ajusta al
sistema finalizando con un estudio económico.
Los estudios realizados muestran que el modelo clásico de iluminación mediante postes laterales
resulta ser la mejor opción debido a factores de seguridad y normativos, de igual manera el uso de
la lámpara de sodio brindando la mayor cantidad de lux por vatio, haciendo el sistema más
eficiente, bajo el modelo de iluminación se realiza el diseño de un sistema fotovoltaico capaz de
brindar suplencia al sistema como una solución de energía eléctrica renovable amigable con el
medio ambiente, y se termina con un análisis económico brindando la alternativa de
implementación capaz para cumplir a cabalidad lo propuesto en este documento.
2. ESTADO DEL ARTE
2.1. MARCO REFERENCIAL
El BMX o Bicicross es una disciplina deportiva que se practica sobre bicicleta, puede ser una
competencia de saltos, donde los participantes realizan acrobacias en aire con sus bicicletas o bien
puede ser una carrera por una pista con obstáculos, los cuales son elevaciones del terreno y curvas
que ponen a prueba la habilidad del deportista.
Es necesario contar con una buena iluminación del espacio para que se lleve a plenitud la
ejecución de la competición, las competencias suelen practicarse en horas del día cuando se
cuenta con luz natural, sin embargo se desea contar con el uso de la pista en horas de la tarde y
noche, con el fin de permitir a algunos deportistas la práctica.
Por otro lado la pista al tener un concepto de entorno natural y amigable con el medio ambiente
que es lo que sus dueños quieren presentar al público y la comunidad, se desea contar un sistema
de iluminación que sea amigable con el medio ambiente, por lo que se propone un sistema de
iluminación a partir de energía fotovoltaica, que cumpla con los requerimientos necesarios para el
desarrollo de la práctica sin presentar inconvenientes.
Es importante tener en cuenta que la iluminación para escenarios deportivos cuenta con valores
mínimos recomendados según el tipo de disciplina. Es por ello que debe de remitirse a normativas
donde se especifique el tipo de iluminación necesaria o requerida para el desarrollo de la
actividad.
En la actualidad los sistemas de iluminación para centros deportivos se realizan a partir de postes
laterales, ya que este tipo de iluminación permite manejar una gran iluminación sin presentar
deslumbramiento a las personas. Este tipo de iluminación es la utilizada cuando se trata de
iluminación exterior y es la presente en estadios de futbol y demás deportes al aire abierto.
En la actualidad la pista de BMX Mariana Pajón ubicada en la ciudad de Medellín, cumple con las
normativas exigidas por la UCI para competencias de talla mundial, además cuenta con un sistema
de iluminación para el espacio público y la pista y un circuito cerrado de televisión, según lo
presentado por el Instituto de Deportes y Recreación de Medellín. [5]
Figura 1 Fotografía partidor pista Mariana Pajón Medellín Colombia – Tomada de BMX INTERNATIONAL TEAM
Figura 2 Fotografía graderias pista Mariana Pajón Medellín Colombia - Tomada de BMX INTERNATIONAL TEAM
Como se puede ver en la Figura 1 y la Figura 2, la iluminación de la pista se realizó a partir de
postes laterales, utilizando un gran número de luminarias, para la instalación eléctrica según la
licitación de 2014 en Aburra, solo se solicitó cumplir con la normativa colombiana. [6]
En el caso de escenarios extranjeros podemos encontrar casos como la pista de BAKU (Figura 3) en
donde se maneja una disposición de postes en las esquinas de la pista, con un gran número de
luminarias ubicadas a una gran altura.
Figura 3 Fotografía pista BAKU, Azerbaiyan Tomada de BMX INTERNATIONAL TEAM
Para propósitos de la ingeniería la IESNA que es la sociedad de ingeniería de iluminación, define en
su documento toda la información referente a la iluminación, y es un buen documento guía que
brinda información característica del fenómeno de la luz.
El espectro electromagnético es la radiación que se propaga a través del espacio a una velocidad
de 300kms/seg, esta radiación se distribuye en diferentes longitudes de onda, desde la más baja
frecuencia a la más alta [7]. La longitud de onda es la distancia que se tiene de una onda a otra
consecutiva, esta distancia se conoce como periodo y se describe que tan larga es la onda.
Se dice que el ojo humano es capaz de ver el espectro entre los 380 y los 780 nm Figura 4 ya que
son las frecuencias perceptibles para el ojo y dentro de este rango se encuentran las ocho bandas
de color. Tal como se presenta en la Figura 4 y Figura 5.
Figura 4 Longitudes de onda de los colores -Fuente IESNA-
Figura 5 Colores visibles por el ojo humano entre los 380 y los 700 nm de longitud de onda
Por debajo de los 380 nm se encuentra la luz ultravioleta, los rayos x, los rayos gama y los rayos
cósmicos, por encima de los 780 se encuentran los infrarrojos y a partir de 1mm se encuentran las
radio frecuencias que a esta longitud se suele transmitir las señales de comunicación. Sin embargo
aquellas longitudes de onda que son de especial interés para este estudio son las que se
encuentran dentro del rango visible ya que ahí es donde se encuentra la luz.
La luz como la energía que es capaz de estimular la retina humana creando una sensación visual
[8] esta energía es el desplazamiento de fotones por el espacio que son emitidos a partir de una
fuente luminosa y generan una radiación electromagnética y solo una pequeña cantidad son
capaces de producir la sensación visual sobre el ojo humano.
A pesar de que para nosotros se trata de ver un color u otro, y creemos que los objetos poseen un
color en específico, en realidad se trata de las propiedades de cada elemento para la refracción,
reflexión y absorción los colores que reciben de la luz.
Para conocer y poder medir la iluminación generada por una fuente y que cae sobre una superficie
se utiliza la iluminancia, esta potencia generada por la fuente es llamada flujo luminoso, para este
dimensionamiento se necesita del área de la superficie, la iluminancia no necesariamente está
ligada sobre una superficie, la iluminancia puede medirse en cualquier lugar sobre el espacio,
según la ley de fotometría de la distancia la iluminancia disminuye con el cuadrado de la distancia
desde la fuente de luz. La unidad de medida de la iluminancia es el lux [lx] que equivale a 1lm/ .
[9][4]
Mediante la sensación de luz y color observada por el ojo humano se tiene una repercusión en la
persona, las sensaciones que más influyen en las personas es la de frio y calor a través de la
percepción del color, por eso se habla de colores fríos y colores cálidos, las características de las
luminarias que influyen en el color son la temperatura del color y el índice de reproducción
cromática o CRI por sus siglas en ingles.
Los colores cálidos dan la sensación de excitación, dinamismo, y producen la sensación de
cercanía, los colores cálidos son aquellos que están comprendidos desde el Rojo hasta el
amarillo verdoso (más amarillo que azul)
Los colores fríos producen la sensación de calma, de descanso y de lejanía y son aquellos
que van desde el verde hasta el azul.
La temperatura del color hace referencia a como el cuerpo negro cambia de color conforme su
temperatura aumenta, conforme su temperatura aumenta su color cambia de rojo a blanco y a
azul. [10]
El índice de reproducción cromática permite definir la capacidad de reproducir el color de un
objeto cuando es iluminado mediante una fuente de luz comparada con una fuente de luz de
referencia que generalmente es el Sol. [10]
Es necesario la mezcla de colores buscando que sea agradable y placentera para el espectador de
esta manera se logra la armonía del color.
Las luminarias son objetos creados para la emisión de luz, las luminarias están conformadas por
una o más lámparas, el equipo óptico para distribuir la luz, el socket de posición y protección de la
lámpara, y el equipo para la conexión a la energía eléctrica (IESNA), garantizando que se haga una
correcta distribución de la luz generada por la lámpara, tal que permita a la persona tener
iluminación adecuada y esta generación de iluminación se hace a partir de energía eléctrica.
Es de especial importancia la selección de la lámpara, las lámparas son las fuentes de luz a partir
de la energía eléctrica. Dentro del mercado se pueden encontrar distintos tipos de lámparas,
dentro de RETILAP se definen según sus características como se muestra en la tabla 1.
Indice de reproducción
cromática (Ra) o (CRI)%
CLASE Cálido
<3300K Neutro
3300-5000K Frio >5000K
Criterio de aplicación
>=90 1A -Halógenas Fluorecente lineal y compacta
Fluorecente lineal y compacta
Principalmente donde la apreciación del color sea un parámetro crítico
Fluorecentes lineal y compacta
Halogenuros metálicos y cerámicos
Halogenuros metálicos y cerámicos
80-89 1B -Fluorecente lineal y compacta
Fluorecente lineal y compacta
Fluorecente lineal y compacta
En áreas donde la apreciación correcta del color no es una consideración primaria pero donde es escencial una buena reproducción de colores
Halogenuros metálicos y cerámicos
Halogenuros metálicos y cerámicos
Sodio blanco
70-79 2A Halogenuros metálicos
Halogenuros metálicos
Halogenuros metálicos
En áreas donde la calidad de apreciación correcta del color es de poca importancia
<70 2B, 3 y 4
Mercurio Mercurio
Sodio Tabla 1 Tipos de fuentes luminosas en función de sus características de temperatura de color e índice de reproducción cromática. Fuente RETILAP
2.2. NORMATIVA EN ILUMINACIÓN
Los escenarios deportivos consideran un amplio rango de diferentes disciplinas deportivas, como
puede ser el fútbol, el baloncesto, el beisbol, entre otros, y para cada uno se requiere un tipo de
iluminación diferente. Con la iluminación se busca el realizar la práctica del deporte ya sea por
recreación o como entrenamiento, cuando la iluminación natural no es suficiente para que tanto
movimientos, como elementos de juego u obstáculos sean perfectamente visibles. [4][11]
Resuelta pues importante tener especial cuidado en la iluminación que debe de hacerse para el
ejercicio de la disciplina, ya que contar con un buen nivel de iluminación lograría una buena o mala
actividad del deporte, hay pues criterios en el momento de diseñar la iluminación de un escenario
deportivo que permite establecer un correcto nivel de iluminación. Los dos criterios más
importantes a tener en cuenta son, el contraste elevado entre el jugador y el fondo y ausencia o
minimización del deslumbramiento. [4]
Para la iluminación de centros deportivos cabe destacar que es de especial cuidado tener en
cuenta los factores influyentes en la iluminación: la variedad de superficies reflectantes e
irregulares, los elementos del juego, jugadores, la superficie de la pista, las graderías y los
espectadores. [12][10]
Los dos aspectos más importantes en la iluminación son la iluminancia horizontal y la vertical.
La iluminancia horizontal es la que se encuentra en el plano horizontal, es decir aquella sobre el
terreno de juego, es de especial importancia debido a que con ella se define la adaptación del ojo
a los cambios de iluminancia y sirve de fondo visual para el jugador. Es decir que es la responsable
en gran parte de la iluminación del terreno de juego. Su cálculo se hace al ras del piso.[4], [8], [11]
La iluminancia vertical: Con ella se tiene que realizar una iluminación en todas las direcciones con
tal de evitar sombras que impidan ver el rostro de los jugadores o no permitan la correcta
visualización de la pelota. Su cálculo se hace a una altura de 1,8 sobre el terreno de juego.[4], [8],
[11] Para este caso de estudio este tipo de iluminancia no es tan importante debido a que no es de
vital importancia fijarse en el rostro del jugador y no se tiene una pelota de juego, la competencia
se basa en maniobrar sobre un terreno a una buena velocidad, por lo que solo se enfocará en la
iluminancia horizontal.
Dentro de los pasos para el diseño se encuentran los siguientes:
RECONOCIMIENTO DEL SITIO A ILUMINAR: El primer paso en el diseño de iluminación
consiste en conocer muy bien el lugar que se va a iluminar lo cual implica saber de sus
condiciones físicas y arquitectónicas, el ambiente y entorno
REQUERIMIENTOS DE ILUMINACION: Como segundo paso se debe de conocer los
requerimientos de luz necesarios para realizar la actividad, los cuales se encuentran en la
normativa referente a cada país, para el caso de Colombia se debe de remitir al RETILAP
SELECCIÓN DE LUMINARIAS: Es importante seleccionar luminarias acordes al tipo de proyecto que se va a ejecutar, se debe tener en cuenta, la eficacia lumínica, flujo luminoso, características fotométricas, reproducción cromática, temperatura del color de la fuente, duración y vida útil de la fuente, tipo y características de la luminaria [4]
Los criterios que define RETILAP para la selección de la luminaria son:
o Su fotometría o Su uso o El tipo de fuente de luz o bombilla o Las dimensiones y forma de la luminaria o El tipo de montaje o instalación requerido o Su cerramiento o índice de protección IP o El tipo de superficie reflectora de su conjunto óptico
DISPOSICIÓN DE POSTES: Para escenarios deportivos se recomienda en la normativa
colombiana que se debe de tener en cuenta la aplicación que se hará, depende mucho si
el terreno de juego tiene graderías o no, esto con el fin de evitar que el espectador del
juego tenga una obstaculización en su rango de visión, sin embargo que tan lejos se
encuentra el poste del terreno de juego determina mucho la altura a la que se debe de
colocar la iluminación.
RETILAP en la sección de disposición de soporte de los equipos de alumbrado de campos
deportivos y lo representa mediante la siguiente ecuación:
(
) ( 1)
Dónde:
Hm: Altura de montaje mínima de los proyectores
W: El ancho del campo deportivo
Sep: Separación entre el campo deportivo y la base de los postes
De esta manera se garantiza un bajo nivel de deslumbramiento en los jugadores.
Dentro de la normativa información encontrada en las normas colombianas, no fue suficiente
debido a que no maneja la temática a iluminación en pistas de BMX, Bicicross o parecidos. Tuvo
que remitirse la búsqueda a normas internacionales, por lo que se hizo una indagación en la WEB
buscando esta información, dentro de lo encontrado cabe destacar una guía Inglesa Deportiva
para el diseño de centros de deporte de Ciclismo (Cycle Sports Facilities – Desing Guide) en donde
se hace referencia a la construcción y parámetros a tener en cuenta para el ciclismo, tanto en
pistas de velocidad, como en BMX y pistas montaña. En este documento se encontraron
características para iluminación pero no en pistas de BMX o bicicross que es lo que se necesitaba.
[13]
Un documento Australiano de BMX SPORTS Western Australia Inc titulado LIGHTING POLICY fue
desarrollado como según lo dice en el texto para ayudar a clubes a entender los requerimientos de
iluminación en las pistas BMX, este documento provee una excelente información acerca de la
iluminación necesaria para la pista por lo que sirvió de guía lo que allí se declaraba. [14]
1. Para todos los eventos Super Serie es requerido un promedio de 100 Lux
2. La lectura no deberá ser inferior de 50 Lux
3. La iluminación debe ser diseñada para proporcionar un reparto equilibrado sobre la
superficie de la pista para evitar piscinas definidas de luz
4. Las lecturas deben ser tomadas desde el punto de salida hasta la meta
5. Las lecturas deben ser tomadas en intervalos de 10 metros a lo largo de la línea central de
la pista.
6. Las lecturas se registraran en un formulario BMX WA apropiado.
7. Las lecturas deben ser realizadas utilizando un luxomentro apropiado
8. Las lecturas deben ser llevadas a cabo por personas competentes
9. La solicitud a eventos no diurnos se deben hacer 3 días previos al evento
10. Toda iluminación debe de encontrarse en su lugar antes de la aprobación
11. Las Lecturas finales que se llevarán a cabo por oficiales de BMX WA. [Tomado de
AUSTRALIA]
Para evitar el deslumbramiento de los espectadores y de los competidores dentro de la literatura
se encuentra que se debe de cumplir con ciertas características, dentro de ellas, la altura
adecuada. Para la altura a la que debe de colocarse las luminarias desde el centro del campo se
debe de cumplir con que el ángulo formado a partir de la horizontal y el eje de cualquier
proyector debe de ser superior a 25°. [7]
Figura 6 Medidas para el cálculo de la altura del poste
2.3. SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
Los sistemas alternativos para la generación de energía eléctrica son cada día más comunes y la
energía solar fotovoltaica es la apuesta de muchos países por contar con una generación de
energía eléctrica con cero contaminaciones, es por ello que es más común encontrarse con este
tipo de energía.
Los sistemas solares fotovoltaicos ya son de gran implementación en países que son potencias
mundiales como lo son Alemania, China y estados unidos. Siendo usados como grandes plantas
generadoras de energía, mientras que en países más pequeños son implementados a pequeña
escala para zonas donde la energía eléctrica convencional no tiene acceso. [3].
Resulta de especial interés conocer el funcionamiento y composición de este sistema, para poder
realizar su correcto diseño y dimensionamiento, es por ello que cada uno de los elementos que
componen este sistema será expuesto a continuación:
1. El generador fotovoltaico está compuesto por los paneles solares cuyo funcionamiento se
debe al efecto que la radiación solar produce sobre los materiales semiconductores como
el silicio o el germanio del cual está compuesta cada una de las láminas del panel estas
que absorben fotones y son capaces de emitir electrones generando una corriente
eléctrica. Cada una de las celdas que componen el panel fotovoltaico está compuesta por
estos materiales semiconductores. Dependiendo el tipo de material semiconductor usado
los paneles solares pueden clasificarse en mono-cristalinos o poli-cristalinos.
Los mono-cristalinos son paneles creados a partir de silicio mono-cristalino, con este tipo
de paneles se ha alcanzado una eficiencia del 25% y sus pérdidas se deben a factores
como la reflexión y el efecto joule.
Los paneles poli-cristalinos formados a partir de silicio cortado en células poli-cristalinas
cuadradas, tienen una gran potencia y rendimiento, su costo es menor debido a que su
rendimiento es más bajo que el mono-cristalino, actualmente se desarrolla la creación de
estos paneles a partir de la mezcla con diferentes materiales. [15]
Los paneles de alta concentración, surgen ante la necesidad presentada por la escasez de
paneles a partir del silicio, estos paneles de alta concentración funcionan mediante la
concentración de los paneles a través de espejos o lentes para aumentar la potencia del
espejo.
2. El sistema de almacenamiento es el encargado de dar el soporte de la energía necesaria a
la carga cuando no hay radiación solar con el fin de mantener el servicio, Este sistema está
basado generalmente en baterías de plomo-acido, la característica más importante de
este sistema de almacenamiento es el ciclado diario, que se refiere a la carga y descarga
de la batería en el día, de igual manera cuando se tienen periodos de baja radiación a este
ciclo se le llama ciclado estacional, sumado a los ciclos la temperatura ambiente, la
corriente en las baterías. Son factores que afectan la vida útil del equipo. [16]
Para el seleccionamiento de un correcto sistema de baterías se deben tener en cuenta
aspectos importantes como son:
o La máxima corriente que pueden entregar las baterías de manera continua, esta
corriente con el paso del tiempo se ha ido estandarizando, esta corriente es la
que entrega la batería en 20 horas de descarga continua
o Capacidad de almacenamiento, la cual se mide en Ah debido a que tanto la
corriente como el tiempo son los parámetros utilizados en la prueba de la batería
o Profundidad de la descarga PD, definida por el fabricante con tal de optimizar la
vida útil de la batería, menciona que tanta energía puede extraerse de las baterías
y en ese momento cortar el suministro a la carga, esta PD se relaciona
inversamente a la cantidad de ciclos que puede hacerse uso de la batería.
Para la capacidad de las baterías si no es mencionada en C20 se puede tener en
cuenta las siguientes relaciones:
( 2)
( 3)
( 4)
Dentro de las baterías se tienen distintos tipos a nivel comercial algunos son:
SLI: Son las baterías de los automóviles, son las más baratas y siempre se tiene fabricación
local de las mismas, su inconveniente es la baja vida útil, debido a que su diseño se basa
en entregar corrientes altas en ciclos muy cortos para asegurar el arranque del vehículo,
por tanto su profundidad de la descarga es bastante bajo.
SLI modificada: Son baterías SLI modificadas para alargar su vida útil, esta modificación
puede ser introducir placas más gruesas y una mayor cantidad de electrolito en el espacio
sobre las placas.
SLI bajo mantenimiento: Emplean aleaciones de plomo y calcio en las rejillas, cuando inicia
el gaseo el calcio aumenta la tensión disminuyendo así el consumo de agua, se reduce la
cohesión de material activo y la resistencia al ciclado, la temperatura alta es muy
perjudicial para este tipo de baterías al igual que la descarga profunda causando
deterioros graves.
VRLA: Estas baterías tienen profundidades de descarga más grandes debido a que los
gases durante la descarga en estas baterías son parciales o totalmente combinados
haciéndola hermética. Cuenta con una válvula que hace un cortocircuito en situaciones de
emergencia, su precio es elevado, sin embargo su capacidad de profundidades de
descarga le han permitido un uso mas frecuente en SFV.
AGM: Conglomerado con alfombrilla vitrosa y electrolito. La alfombrilla hecha en fibra de
silicio y boro de apariencia vitrosa separa las placas de la batería. El electrolito tiene forma
gelatinosa. Su profundidad de la descarga es mucho mayor ya que tiene una
recombianción de gases del 99%, cuando su descarga es total deja escapar máximo un 4%
de los gases, no requiere mantenimiento.
TUBULARES: Estan hechas por placas tubulares, se alcanzan vidas útiles de ocho años,
profundidades de la descarga de 0,2 y mantenimientos reducidos, son costosas y su
disponibilidad es muy baja, su aplicación es a regímenes de carga altos, los tiempos de
carga también son mayores.
NiCd: Las baterías de Niquel Cadmio son extremadamente costosas en inversión inicial
comparadas con las plomo ácido, pero en costos operacionales su costo se ve reducido.
Sus placas son de acero inoxidable con depresiones donde se coloca el material activo, el
electrolito es una solución de agua con hidróxido de potasio con una fina capa de aceite.
Soportan cargas y descargas excesivas, funcionan a altas y bajas temperaturas con
eficiencias altas, la tensión en bornes es constante hasta que su capacidad se agota y cae
súbitamente, se requiere de un voltimetro de gran exactitud para limitar la carga de las
mismas
3. INVERSORES: Son los equipos usados para transformar la corriente continua generada por
el arreglo de paneles fotovoltaicos en corriente alterna para alimentar cargas de uso
doméstico e industrial y poder inyectarla a la red. Dentro de los inversores existen
diferentes tipos:
o INVERSOR AISLADO: Este tipo de inversores son los utilizados en sistemas
eléctricos que no tienen conexión a la red eléctrica, los sistemas aislados son
alimentados a partir del sistema fotovoltaico que almacena la energía en baterías
para ser utilizada cuando no hay radiación, de igual forma la energía generada por
los paneles puede ser usada mientras que hay radiación solar.[15]
o INVERSOR HIBRIDO: Este inversor permite la conexión a la red eléctrica, la
generación de energía por medio de los paneles es entrega a la red y puede ser
consumida por las cargas por lo general estos equipos permiten usar como apoyo
un sistema de baterías y en algunos casos permite la carga de estas baterías por
medio de la red eléctrica [15]
4. REGULADORES: Los reguladores son convertidores dc a dc, que se encargan de controlar la
energía producida por los paneles y cargar las baterías evitando sobrecargas y descargas
en ellas. Básicamente su función es la de brindar el voltaje adecuado a las baterías.[16]
Los reguladores ON-OFF son los de más baja eficiencia y no cuentan con ninguna
prestación, básicamente se trata de un convertidor DC-DC que se enciende y se apaga
cuando se alcanza la tensión máxima de carga de las baterias.
Los reguladores PWM, o moduladores de ancho de pulso, modifican gradualmente la
corriente hasta alcanzar la tensión de fin de carga, sus prestaciones son mayores entre las
que optimiza la vida de las baterías. [16]
Los reguladores MPPT o seguidores del máximo punto de potencia, son los reguladores
con mayor prestación y máxima eficiencia, su función MPPT permite sacar el máximo
provecho al sistema fotovoltaico y permite trabajar a grandes tensiones en el sistema FV,
[17]son los que actualmente se utilizan para las instalaciones de sistemas fotovoltaicos
3. METODOLOGÍA
El desarrollo de este proyecto comprende una metodología desde la recopilación de la
información, pasando por la selección de parámetros, equipos y diseño y dimensionamiento del
sistema de iluminación y el sistema fotovoltaico, terminando con un análisis económico para ver la
viabilidad del proyecto, tal como se puede ver en la Figura 7.
Figura 7 Diagrama de flujo metodología desarrollada
Para el desarrollo de la metodología se realizó una recopilación de la información ya presentada
en el capítulo anterior tanto conceptos básicos como normativas, Como principal normativa en el
país en instalación de sistemas eléctricos se encuentra el RETIE [18] el cual solicita al lector
remitirse a la normativa específica en iluminación y según la normativa nacional RETILAP [4] se
deben de seguir los pasos para el diseño de la iluminación: reconocimiento del lugar, los criterios
de selección de luminarias, diseño de la iluminación.
Dentro de los parámetros técnicos se encuentra el reconocimiento del lugar, para ello se debe de
ubicar la zona globalmente en donde según la normativa se podrá reconocer la irradiancia que
servirá para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico, se debe hacer un reconocimiento del
terreno, características físicas del terreno y tomar un registro fotográfico.
Dentro de los parámetros legales, hablamos de las normativas, como se mencionó en el capítulo
anterior, la normativa colombiana no es muy clara respecto a la iluminación de este tipo de
escenario deportivo por lo que se remite a norma internacional específicamente la australiana
para el diseño de la iluminación.
Para la selección de las luminarias se debe de hacer según lo expresado en la Tabla 1. Dentro de la
oferta comercial que se da en este tipo de luminarias, con el fin de trabajar el diseño de
iluminación a través de DIALux se debe de trabajar con fotometrías que funcionen con el
programa, en este caso se trabaja con las empresas que tienen representación nacional, Philips y
General Electric.
La simulación para el diseño del sistema de iluminación se puede ver en el ANEXO 1. Donde se
explica todo el proceso que se lleva a cabo para la obtención de los tres modelos que cumplan con
la normativa internacional, dentro de estos modelos se consideran los siguientes: El diseño a
través de guayas según requerimiento de los dueños del lugar, el diseño a través de postes
laterales, tal cual se ha manejado el sistema de iluminación como se mostró en la pista Mariana
Pajón en la ciudad de Medellín, y el diseño a través de la ubicación de luminarias en las graderías,
este sistema de iluminación surge a partir de generar una propuesta diferente que no use el
modelo con postes.
Para el diseño y dimensionamiento de sistemas solares fotovoltaicos hay varios aspectos a
considerar.
Lo primero es definir si el sistema va a ser autónomo o va a ser un sistema híbrido (conectado a la
red).
Para un sistema autónomo, lo primero que hay que hacer es tener en cuenta la energía total que
se va a suministrar para que satisfaga las necesidades del sistema. Esta energía se halla con la
potencia nominal de las cargas y las horas al día en que las cargas van a funcionar, se debe
discriminar entre cargas AC y DC de la siguiente manera:
∑
( 5)
Donde:
Edc: Energía consumida por las cargas DC
I: elemento considerado
Pi: potencia nominal del elemento
ni: número de horas al día que se encuentran en uso.
Para el caso de cargas AC se debe tener en cuenta que se necesita del inversor para la
alimentación de dichas cargas y tal equipo presenta una eficiencia que se ve reflejada como
perdidas que deben tenerse en cuenta en el dimensionamiento.
∑
( 6)
Donde:
Eac: Energía consumida por las cargas AC
I: elemento considerado
Pi: potencia nominal del elemento
ni: número de horas al día que se encuentran en uso.
Al sumar ambas energías se obtiene la energía total en DC necesaria para alimentar todas las
cargas según lo expresado en la ecuación 7.
( 7)
Se debe tener en cuenta que el sistema debe sobre dimensionarse si se quiere brindar una mejor
confiabilidad al sistema, ya que cualquier tipo de pérdida energética que pueda llegar a
presentarse se ve cubierta por este sobre dimensionamiento.
( ) ( 8)
Donde:
FS: Factor de seguridad
Este factor de seguridad es el que nos permite sobre dimensionar el sistema, un valor típico se
encuentra entre 0.1 y 0.2. Sin embargo es criterio del diseñador seleccionar el valor de este
factor.
Como siguiente paso se debe de definir la tensión a la cual trabajará el sistema, esta tensión
depende generalmente de las cargas y se debe de trabajar en múltiplos de 12 Vdc.
Seguido de esto se debe de determinar la energía solar disponible en el sitio, para ello se pueden
hacer mediciones en el lugar que consistiría básicamente de tomar medidas durante el año de la
energía que llega al sitio, o se pueden tomar estudios ya hechos en mapas de radiación solar.
Con esta información ya calculada y recopilada se procede a realizar el dimensionamiento del
generador fotovoltaico, para sistemas regulados por MPPT se calcula la potencia pico del
generador a partir de la siguiente ecuación:
( 9)
Donde:
HSS: Horas de sol estándar, se seleccionan el promedio del peor mes.
La cantidad de módulos en serie y/o paralelo dependen de las características del regulador de su
Imax y Vin.
Para los mòdulos en serie se realiza un cálculo según la tensión del sistema seleccionada y la
tensión que tiene el modulo seleccionado
( 10)
Donde:
Para el cálculo de módulos en paralelo se deben tener en cuenta los aspectos de funcionamiento
del sistema como la corriente total entregada.
Se debe de hallar la carga diaria de corriente que es necesario que entregue el panel a la carga tal
como se muestra en la ecuación 11.
( 11)
Ci: Carga diaria en Corriente:
Una vez hallada Ci, se procede a hallar la corriente pico del generador
( 12)
Ipg: Corriente pico del generador.
Una vez hallados estos valores se procede a hallar el número de ramas en paralelo del generador
tal como se expresa en la ecuación 13.
( 13)
Donde: Mp: Módulos en paralelo Ipm: Corriente pico del módulo seleccionado
Para la selección del regulador de carga se debe de tener en cuenta la corriente que este va a
soportar.
( 14)
( 15)
Donde: Ir: Corriente del regulador
( 16)
Donde:
Iccg: Corriente de corto circuito del generador
Para que el SSFV funcione cuando no hay sol, caso que puede presentarse debido al cielo nublado,
a un día lluvioso o sencillamente a que es de noche, se debe de contar entonces con un sistema
de almacenamiento, para ellos se seleccionan las baterías.
Para la correcta selección de las baterías se debe tener en cuenta la carga que se va a alimentar, la
tensión nominal del sistema, cuanto tiempo de autonomía va a tener el sistema, las características
de las baterías seleccionadas y la profundidad de la descarga de las mismas, una vez con esta
información se puede hallar la cantidad de baterías en serie y en paralelo
Para seleccionar la cantidad de baterías en serie se realiza mediante la siguiente ecuación:
( 17)
Donde:
Bs: Baterias en serie
Vb: Tensiòn de la baterìa
El diseño del número de baterías en paralelo permite calcular un número de baterías tal que
puedan entregar la corriente necesaria al sistema. Para ello se debe tener en cuenta la capacidad
nominal de las baterías y la capacidad corregida de las baterias
( 18)
Donde:
Cnb: Capacidad nominal de las baterías
d: días de autonomía.
Es debido corregir la capacidad que tendrá el banco, esto es debido a que las baterías no se
pueden descargar totalmente ya que de esta manera se les da un ciclo de vida mucho mayor.
( 19)
Donde:
Ccb: Capacidad corregida de las baterìas
Pd: Profundidad de la descarga
Para hallar el número de baterías en paralelo se usa entonces los valores hallados en las
ecuaciones 18 y 19.
( 20)
Donde:
Bp: Es el número de baterías en paralelo.
Para poder conectar las cargas AC al SSFV se debe tener en cuenta la utilización de un inversor, el
cual se encargará de tomar la tensión DC y suministrar la energía AC necesaria para el
funcionamiento de las cargas.
Para la selección del inversor se debe tener en cuenta las especificaciones del mismo:
Tensión DC y AC
Potencia
Corriente de arranque
La potencia del inversor seleccionado debe ser igual a la potencia a suministrar a las cargas AC
Si lo que se quiere es realizar el dimensionamiento de un sistema híbrido se debe contar con un
reporte de medición de las horas de sol estándar HSS mensuales promedio.
Lo primero que se debe hacer es el cálculo de la potencia que debe entregar el generador
fotovoltaico:
∑
( 21)
Donde:
Ei: Energía consumida de la instalación o carga.
HSS: Horas de sol estándar promedio mensual del lugar
Ni: Número de días del més respectivo
PR: Factor de rendimiento del sistema, tal que permita sobredimensionar el sistema su valor esta
entre 0,7 y 0,9
Para el dimensionamiento del inversor se debe de tener en cuenta el factor de dimensionamiento
del inversor el cual se halla como se expresa en la ecuación 22.
( 22)
El valor de la potencia del inversor es tomado de la ficha técnica del producto y la potencia del
generador es la obtenida en la ecuación 21.
Este factor de dimensionamiento del inversor sigue siendo un caso de estudio e investigación
bastante profundo y para zonas donde no se cuenta con estudios profundos y estaciones
meteorológicas- especializadas se sugiere un factor de dimensionamiento que se encuentre entre
0,8 y 1 [17].
Para alcance de este proyecto se debe tener en cuenta que se hará un dimensionamiento para
suplir energía durante la noche por lo que se debe contar con un sistema de almacenamiento de
energía, por tal motivo se debe de tener regular de carga y un sistema de baterías para el
almacenamiento de energía, de igual manera el inversor debe ser un inversor adaptado para para
funcionar de manera hibrida se conocen como inversores conectados a la red o Grid-tie.
Para tales cálculos de dimensionamiento se tendrá en cuenta como si fuera un sistema aislado, sin
embargo las HSS serán el promedio de todos los meses del año y el inversor será especial para
conexión a la red.
4. RESULTADOS
Para la obtención de los resultados, se mostrará la información que se tuvo a consideración como
condiciones iniciales y el resultado que se obtuvo al trabajar según la metodología.
4.1. ILUMINACIÓN Como se mencionó anteriormente la pista se encuentra ubicada a 3,5 Kilómetros de Ubaté vía
Ubaté-Bogotá. Tal como se muestra en la Figura 8. En el territorio Colombiano cuenta con una
irradiación promedio de 4,5 kWh/m2/d [19] lo cual es mayor al promedio que se presenta en
Alemania, el cual es uno de los líderes en el mercado de energía solar. Para la zona de Ubaté el
promedio de irradiancia se encuentra entre 4,5 y 5 kWh/m2/d para los primeros meses del año,
entre abril y junio desciende hasta los 4 kWh/m2/d el promedio multianual esta entre los 4-4.5
kWh/m2/d [20]
Figura 8 Ubicación de la pista
La pista cuenta con 395 metros de recorrido, se tienen dos secciones de graderías para 3500
espectadores, además de 29 graderías preferenciales.
Para el levantamiento de la pista se usó un “levantamiento con cinta” el cual consiste en marcar
los vértices del terreno con estacas formando segmentos perpendiculares, para construir
triángulos rectángulos y de esta manera poder realizar un croquis del lugar mucho más exacto,
este levantamiento luego se dibujó en el AutoCAD para proceder con el uso del plano en el
software de simulación DIALux, dando como resultado el mostrado en la Figura 9.
Figura 9 Plano detallado de la pista en AutoCAD
Para la selección de las luminarias se debe tener en cuenta el uso que se les va a dar como se
expresó anteriormente y según a lo presentado en la Tabla 1, debido a que las luminarias van a ser
usadas para lo que se considera un centro deportivo y en el exterior, se debe de cumplir con los
parámetros establecidos para tal fin, en cuanto al uso exterior se debe contar con una protección
IP 65 mínimo la cual garantiza una protección contra polvo donde este no va a acceder y que
soporta chorros de agua.
Las luminarias usadas en escenarios deportivos tienen una amplia variedad, dentro de lo
manejado por DIALux aquellas que son tentativas a usar para el diseño son las presentadas en la
Tabla 2.
MARCA REFERENCIA PRECIO
GE LIGHTING F150 $2.475.000
GE LIGHTING PW 2x2 MH 1000 W $1.897.200
GE LIGHTING EF 2000 E40 W MH 1000
CO $2.828.800
PHILIPS MVF024 $2.828.324
PHILIPS Arena Vision MVF404 $3.597.200
PHILIPS HPK888 P-WB 1xHPI.P400- $1.632.000
BUS-R-L Tabla 2 Luminarias seleccionadas para estudio
Estas luminarias son las recomendadas por los fabricantes para el uso en escenarios deportivos, la
reproducción cromática de la lámpara cubre las necesidades de la reproducción cromática según
el tipo de aplicación, la luminaria garantiza una correcta distribución del flujo luminoso a la
superficie deseada, sin mencionar que están diseñadas con una gran eficacia luminosa.
Para la implementación de este estudio en DIALux se definieron 7 zonas en la pista. Que
abarcarían el primer tramo, la primera curva el segundo y tercer tramo, y la curva 2, 3 y 4 . Tal
como se muestra en la Figura 10. Siendo las zonas más críticas el tramo 2 y la curva 2, debido a
que quedan en la parte central de la pista, lejos de la fuente luminosa de los modelos 2 y 3.
Figura 10 Zonas de estudio en la pista
4.1.1. PRIMER MODELO
Según requerimientos de los encargados se diseña un sistema similar al de una pista cerrada, para
ello se cuenta con guayas de las que serán suspendidas las luminarias, las guayas atraviesan toda
la pista y de esta manera se busca la uniformidad de la iluminación. En el estudio con Dialux y al
implementarlo con una ubicación ubicaci{on de las guayas de manera horizontal y vertical se
encontró que la vertical resultaba mucho más eficiente, debido a que las líneas verticales, cubrían
los tramos de obstáculos de la pista, en este tipo de configuración se encontró que se cumplía con
la política australiana para iluminación, dando una iluminación uniforme en el campo evitando
cambios bruscos en la intensidad de la luz y cumpliendo con 100 lux de iluminación no bajando de
50 lux .
En este caso se hizo uso de la luminaria HPK888 P-WB 1xHPI.P400-BUS-R-L de PHILIPS, la potencia
consumida por cada lámpara es de 400 W, la altura a la que se encuentran las luminarias del nivel
del suelo es de 10 metros, esta altura fue definida de esta manera ya que la altura máxima de un
obstáculo según Cycle Sports Facilities – Desing Guide es de 2,5 metros, y el salto más alto
registrado en este tipo de pista es de 6 metros.
Buscando una ubicación óptima de las luminarias se inició colocando las tres guayas a través de
toda la pista, y un valor de 15 luminarias por guaya, sin embargo los valores de lux por zona se
encontraban por arriba de los 100, en tal caso se redujo el valor de las luminarias por guaya hasta
obtener un resultado más cercano a los 100 lux, quedando distribuidas de la siguiente manera:
Figura 11 Ubicación de las luminarias caso 1
En total se usaron 41 luminarias la potencia de 428 W por luminaria da como resultado un
consumo total de 17548W.
Los resultados obtenidos de la simulación en las zonas críticas que el tramo dos y la curva dos se
presentan en la Figura 12 y la Figura 13
b)
a) Figura 12 Resultado diagramas Isolux modelo 1 a) Tramo 2 b) Curva 2
Por otro lado el diagrama en 3D de los colores falsos de la pista en general se tiene:
Figura 13 Diagrama de colores Falsos CAD modelo 1
Los valores medidos de Iluminancia media por zonas son mostrados en la Tabla 3.
ZONA Em (lx) Emin(lx) Emax(lx)
TRAMO 1 107 0,01 141
CURVA 1 104 37 140
TRAMO 2 120 88 138
CURVA 2 131 115 149
CURVA 3 109 17 149
TRAMO 3 105 17 151
CURVA 4 109 39 146 Tabla 3 Resumen calculos iluminacia modelo 1
4.1.2. SEGUNDO MODELO
Una segunda solución, se diseñó a partir del concepto de iluminación que se tiene para estadios y
lo que se trabajado en pistas ya desarrolladas, ya que las características de la pista son similares en
área a la de una cancha de futbol profesional. Cumpliendo con la normativa Colombiana y lo
expresado para evitar el deslumbramiento se obtiene:
Desde el centro de la pista al extremo lateral, se tienen 47,96 metros, y ya que el ángulo debe de
ser mínimo de 25° entre la horizontal y la luminaria, quedaría de la siguiente manera.
Según la ecuación 1 la altura para la ubicación de las luminarias:
(
) ( )
De esta manera, la altura del poste tiene que ser de 25 metros de altura mínimo. Para la distancia
entre postes en un principio se colocaron tres postes por cada lado a una distancia de 17,5. 55,5,
87,5 metros desde el origen. Quedando una ubicación como se muestra en la Figura 14.
Figura 14 Ubicación de los postes modelo 2
Al realizar la simulación ubicando seis luminarias en los postes, se obtuvo que la iluminación se
encontraba por encima de lo requerido (100 lx) por lo que con fines de reducir cantidades y lograr
cumplir con la iluminación requerida, se procedió a reubicar los postes usando solamente dos por
cada lado, buscando tener una iluminación óptima y uniforme, la ubicación de los postes se hizo
en el costado norte de la pista a una distancia de 58,3 y 111,5. Del eje imaginario de inicio, el cual
es la distancia más alejada de la pista, y para la parte sur 48,5 y 107,5 tal como muestra la Figura
15. La razón al tomar estas distancias es debido a la desproporción de la pista y la necesidad de
iluminar de una manera equilibrada.
Figura 15 Iluminación con dos postes laterales modelo 2
Los resultados obtenidos de la simulación se pueden ver en la Figura 16 y la Figura 17, en donde
se ven los niveles de iluminación en la pista, la iluminación media más baja según las zonas de
análisis escogidas, fue de 100 lux, cumpliendo según la normativa Australiana para la iluminación
en pistas BMX. La luminaria que cumplió de mejor manera con la norma fue la MVF024 C 1xSON-
T1000W SGR MB de Philips.
b)
a)
Figura 16 Resultados diagramas Isolux modelo 2 a) Tramo 2 b) Curva 2
El resultado de colores falsos para la pista en general:
Figura 17 Diagrama de colores falsos modelo 2
Los valores en lux máximos, minimos y medios para el modelo son presentados en la Tabla 4 :
ZONA Em (lx) Emin(lx) Emax(lx)
TRAMO 1 108 0,11 223
CURVA 1 109 21 247
TRAMO 2 210 136 267
CURVA 2 203 143 270
CURVA 3 126 74 206
TRAMO 3 193 118 386
CURVA 4 159 100 363 Tabla 4 Resultados iluminancias modelo 2
4.1.3. TERCER MODELO
El tercer diseño se realiza suponiendo un techo en las graderías, que no solo serviría como
protección para los espectadores de la lluvia sino que también como soporte para la iluminación
tal como se muestra en Figura 18
Figura 18 Iluminación lateral
El desarrollo de la simulación en DIALux da como resultado lo expresado en la Figura 19 y la Figura
20 de igual forma los valores obtenidos para cada uno de los tramos en lux son presentados en la
Tabla 5
b)
a)
Figura 19 Resultados diagramas Isolux modelo 3 a) Tramo 2 b) curva 2
Los resultados de los cálculos son mostrados en la Figura 20.
Figura 20 Diagrama colores falsos en modelo 3
ZONA Em (lx) Emin(lx) Emax(lx)
TRAMO 1 105 0 393
CURVA 1 101 3.64 434
TRAMO 2 120 40 342
CURVA 2 150 81 325
CURVA 3 124 45 343
TRAMO 3 131 52 412
CURVA 4 119 22 358 Tabla 5 Resumen iluminancia modelo 3
La cantidad de luminarias usadas en cada modelo y potencia consumida en cada una de las
propuestas se presentan en la Tabla 6:
Modelo Luminaria potencia cantidad potencia consumida
1 HPK888 P-WB 428 41 17261
2 MVF028 1xson 1000 20 20000
3 MVF024 1xson 1000 18 18000 Tabla 6 Resumen luminarias y consumo de los modelos
4.2. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
Para todo diseño se SFV se debe de conocer las horas de irradiancia estándar HSS en el lugar [17]
Para ello basándose en estudios ya realizados como la UPME la cual entrega un mapa de radiación
solar del país junto con el Ministerio de Minas y Energía, allí se presentan 13 mapas uno por cada
mes del año y uno del promedio anual en las horas de sol al día promedio en el país [21] cuyos
resultados son mostrados en la Tabla 7
MES HSS
Enero 5-6
Febrero 5-6
Marzo 4-5
Abril 4-5
Mayo 3-4
Junio 3-4
Julio 4-5
Agosto 4-5
Septiembre 4-5
Octubre 4-5
Noviembre 4-5
Diciembre 5-6 Tabla 7 Datos HSS UPME
Las HSS son el promedio de los meses. De acuerdo a la UPME el promedio seria 4,66 según lo
presentado en la Tabla 7. Para iniciar el diseño del sistema SFV es de gran importancia que el
diseño se hace a partir de energía y no de potencia. Para el dimensionamiento del sistema
fotovoltaico se utiliza la potencia consumida por la luminaria en un tiempo de tres horas que es lo
que podría extenderse la competencia. Para ello se determina la energía necesaria según
ecuaciones 5 a la 8, dando como resultado 60000 Wh/dia
Asumiendo una eficiencia promedio del inversor de 0,964, para un primer cálculo de la energía a
suministrar con los paneles fotovoltaicos. Se obtiene que la energía necesaria debe ser de
62240,66 wh/d
4.2.1. SISTEMA AUTONOMO PRIMER MODELO
La tensión de funcionamiento del sistema se toma como 48 Vdc, las HSS son el promedio del peor
mes. De acuerdo a la UPME el promedio del peor mes que es Junio seria 3,5.
Los valores obtenidos para conocer el tamaño del SSFV son presentados en la Tabla 8
HSS Energía
necesaria (wh/h)
Energía corregida
(wh/h)
3.5 62240,66 68464,7 Tabla 8 valores de energía necesaria para el sistema fotovoltaico
Las características de los equipos usados para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico son
presentados en las tablas 9 a la 12.
Nombre Vnom
(V) Vmax
(V) Imax (A)
Pmax (W)
Voc (V)
Isc (A)
Canadian Solar CS6X-320P 24 36,8 8,69 320 45,3 9,26
Sunmodule SW 250 Pro- series 24 30,5 8,27 250 37,6 8,81
Kyocera KD320GH-4YB 24 40,1 7,99 320 49,5 8,6
Suntech STP280 -24/vd 24 35,2 7,95 280 44,8 8,33 Tabla 9 características de los módulos fotovoltaicos
Nombre Vnom Profundidad
de la descarga
Ciclos de vida
Capacidad nominal (AC20)
TROJAN J305P-AC 6 0,6 1000 330
GELA OT250-12L 12 0,6 1200 292
Victron BAT406225080 6 0,5 600 240
Tabla 10 Caracteristicas de las baterías.
Nombre
Rango Vbat (V)
Imax de salida (A)
Voc, paneles (V)
Pmax array 48 V
(W)
Outback Flexmax 80 12,24,36,48 80 150 5000
XANTREX XW-MPPT60-150 12, 24,36,48,60 60 150 3500
XW MPPT 80 600 24, 48 80 600 4800
Victron MPPT 150/85 12, 24,36, 48 85 150 4850 Tabla 11 caracteristica de los reguladores.
Nombre
Pmax AC out (w)
Rango Salida AC
Voc dc max
Victron Phoenix 48/5000 5000 230V +/- 2% 38-66 V
Victron Phoenix 48/3000 3000 230V +/- 2% 38-66 V
Magnum MS4448PAE 4400 120/240 +/- 5% 36 - 64
Tabla 12 Caracteristicas de los inversores.
Después de escogidos los equipos se desarrolló el dimensionamiento del sistema fotovoltaico
según lo expresado en la metodología se desarrollan cuatro opciones para el dimensionamiento
del sistema autónomo, dichas opciones son presentadas en la Tabla 13.
OPCION 1 OPCION 2 OPCION 3 OPCION 4
MODULO Sunmodule SW 250 Pro- series
Canadian Solar CS6X-320P
Sunmodule SW 250 Pro- series
Suntech STP280 -24/vd
No. Serie 4 3 16 13
No. Paralelo 24 35 6 8
Total modulos 96 105 96 104
Tensión circuito abierto
150,4 135,9 601,6 582,4
Tensión máxima generada
122 110,4 488 457,6
Corriente de corto circuito
211,44 324,1 845,76 66,64
Corriente máxima 198,48 304,15 49,62 63,6
Regulador Victron MPPT
150/85 Victron MPPT
150/85 XW MPPT 80 600
XW MPPT 80 600
Total reguladores paralelo
4 5 6 4
Baterias TROJAN J305P-
AC TROJAN J305P-
AC TROJAN J305P-AC
TROJAN J305P-AC
No. Serie 8 8 8 8
No. Paralelo 1 1 1 1
Inversor usado Victron Phoenix
48/5000 Victron Phoenix
48/5000 Victron Phoenix
48/5000 Victron Phoenix
48/5000
Total de inversores usados
4 4 4 4
Tabla 13 Opciones obtenidas del dimensionamiento
4.2.2. SISTEMA HIBRIDO SEGUNDO Y TERCER MODELO.
Para el dimensionamiento del sistema hibrido como se mencionó anteriormente se debe tener en
cuenta las HSS mensuales promedio, basándose en la Tabla 7, el valor de HSS sería 4,6.
Para el sistema híbrido y en consideración que la carga solo va a ser alimentada en horas de la
noche por un corto tiempo, la inversión de un sistema de almacenamiento de energía a partir de
un sistema fotovoltaico no tiene razón de ser, debido a que los inversores en sistemas híbridos
conectados a la red tienen la función de poder cargar las baterías a partir de la red, por tanto un
sistema fotovoltaico resulta obsoleto para tal solución.
Por tanto se consideran dos escenarios:
SEGUNDO MODELO INYECCIÓN DIRECTA A LA RED
Para considerar que la energía generada a partir del sistema fotovoltaico sea correctamente
aprovechada se realizará una inyección a la red en horas del día, con el fin de que esta energía sea
consumida por las cargas usadas en horas de la mañana, como son las neveras para el
almacenamiento de alimentos, alimentación de cargas generadas por espectadores y
organizadores (Celulares, computadores, equipos de sonido).
Para el sistema hibrido de inyección a la red se debe de manejar un inversor diferente además de
contar con un respaldo por UPS. Los equipos utilizados para el dimensionamiento son los y
expresados y los mostrados en la Tabla 14 y Tabla 15
Nombre Pmax AC out (w)
Rango Salida AC
Voc dc max Imax Rango MPPT
Solectria PVI 5000 208 600 30 180-580
Schneider TL20000 E 22000 230 1000 30 350-850 V
SunnyBoy 10000TL-US 10400 240 600 35 345-480 V Tabla 14 Inversores seleccionados para sistema de inyección a la red.
UPS Capacidad Tensión L-L Autonomia
Titán 20kVa 20000 208 30 min
APC 20kVa 20000 208 30 min
M4T Evolution 20 20000 208 30 min Tabla 15 UPS en el mercado
Del dimensionamiento se obtuvieron tres opciones del modelo estas opciones son expresadas en
la Tabla 16.
OPCION 1 OPCION 2 OPCION 3
MODULO Canadian Solar CS6X-
320P Sunmodule SW 250 Pro-
series Sunmodule SW 250 Pro-
series
No. Serie 24 16 24
No. Paralelo 2 4 2
Total modulos 48 64 48
Tensión circuito abierto
1087,2 601,6 902,4
Tensión máxima generada
883,2 488 732
Corriente de corto circuito
18,52 35,24 17,62
Corriente maxima 17,38 33,08 16,54
Inversor usado Schneider TL20000 E SunnyBoy 10000TL-US Schneider TL20000 E Tabla 16 Opciones obtenidas para modelo de inyección a la red.
TERCER MODELO CARGAS PRIORITARIAS
Se considera un escenario donde el sistema fotovoltaico genera energía para cargar las baterías y
cuando estas se encuentran cargadas el inversor dirige esta energía a la red en horas del día
mientras se encuentre en funcionamiento. De esta manera se aprovechará la energía generada
por el sistema fotovoltaico. Se cuenta entonces con un sistema capaz de inyectar energía a la red
cuando las baterías ya se encuentran a su mayor capacidad, dentro de la oferta comercial se
encuentran los inversores VICTRON que cuentan con esta función.
Debido a que los inversores VICTRON permiten que las baterías se carguen tanto con el sistema
fotovoltaico, como con la red eléctrica, no es necesario que el generador fotovoltaico sea tan
robusto ya que como sistema híbrido para dar respaldo con el generador fotovoltaico, no se
necesita la totalidad de la carga en el momento y la carga priorizada (sistema de iluminación) no es
energizado todas las noches. Aun así no todo el tiempo en el que sea energizado necesita
funcionar con el respaldo, por eso el sistema se dimensiona a un 50% de su capacidad. Los
resultados de las cuatro opciones del dimensionamiento para este modelo son presentadas en la
Tabla 17.
OPCION 1 OPCION 2 OPCION 3 OPCION 4
MODULO Canadian Solar
CS6X-320P Sunmodule SW 250
Pro- series Canadian Solar
CS6X-320P Sunmodule SW 250
Pro- series
No. Serie 3 3 3 3
No. Paralelo 12 12 12 12
Total modulos 36 36 36 36
Tensión circuito abierto
135,9 112,8 135,9 112,8
Tensión máxima generada
110,4 91,5 110,4 91,5
Corriente de corto circuito
111,12 105,72 111,12 111,12
Corriente maxima 104,28 99,24 104,28 104,28
Regulador Bluesolar MPPT
150/40 Bluesolar MPPT
150/40 Bluesolar MPPT
150/40 Bluesolar MPPT
150/40
Total reguladores paralelo
2 2 2 2
Baterias GELA OT250-12L GELA OT250-12L GELA OT250-12L GELA OT250-12L
No. Serie 4 4 4 4
No. Paralelo 2 2 2 2
Inversor usado Victron Quattro
48/10000 Victron Quattro
48/10000 Multiplus
48/5000/70 Multiplus
48/5000/70
No. Inversores paralelo
2 2 4 4
Tabla 17 Opciones de dimensionamiento sistema hibrido con respaldo de baterías.
5. ANALISIS FINANCIERO
Los costos para la implementación del proyecto según la alternativa escogida se presentan a
continuación. Estos costos se determinaron a partir de la consulta a proveedores en el país, tanto
del suministro como del servicio.
En primera instancia se hizo el estudio para el sistema aislado tomando los costos de los equipos a
implementar luego se procedió a hacer una análisis económico de cómo podría recuperarse la
inversión, claro está que para este sistema aislado dicha recuperación se asumió que no se
cancelaba dinero a la empresa de energía por lo consumido, es decir el gasto anual de energía
dedicado a iluminar la pista no costaría debido al sistema fotovoltaico, esa no cancelación ante la
empresa distribuidora de energía es lo que consideramos sería la recuperación en la inversión
dando lo expresado en la Tabla 18.
Para el sistema de inyección directa a la red se realizó un estudio de los precios de los equipos y
servicios para el proyecto, y se asumió que al hacer una inyección a la red se podría considerar la
venta de excedentes de energía según lo expresado en la ley 1715, en la cual se habla de la venta
de excedentes de energía generados por fuentes no convencionales de energía, sin embargo aún
no se establece un costo para dicha venta pero que en el momento en que entre en vigencia dicha
reglamentación se podrá contar con un ingreso recuperando el valor invertido en el sistema, el
costo de venta se asumió del mismo valor del kwh facturado actualmente por Codensa, los datos
son presentados en la Tabla 19.
Y finalmente el estudio económico para el sistema de cargas prioritarias usando una ups, de igual
manera se analizó la recuperación en la inversión cuyo análisis es presentado en la Tabla 20.
Tabla 18 Analisis finaciero modelo 1
AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
INVERSION
Costo iluminación 56.566.480,00$
Costo postes y montaje equipos de
iluminación47.007.600,00$
Costo de equipos SSFV 175.005.432,75$
Medición bidireccional 12.000.000,00$
Costo de instalación y mano de obra 1.500.000,00$
Mantenimiento SSFV y luminarias -$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
Subtotal 292.079.512,75$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
Egresos 292.079.512,75$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
Energía solar generada anualmente* kW 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00
Costo del kw/h 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
Ahorro de energía anual 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$
Resultado neto de ahorro 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$
Resultado neto flujo 292.079.512,75$ 291.197.962,75$ 290.316.412,75$ 289.434.862,75$ 288.553.312,75$ 287.671.762,75$ 286.790.212,75$ 285.908.662,75$ 285.027.112,75$ 284.145.562,75$ 283.264.012,75$
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
$ 9.864.000
46.666,67$
377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
377.010,00$ 377.010,00$ 10.287.676,67$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
377.010,00$ 377.010,00$ 10.287.676,67$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$ 377.010,00$
2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00 2880,00
437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$ 1.258.560,00$
881.550,00$ 881.550,00$ (9.029.116,67)$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$ 881.550,00$
282.382.462,75$ 281.500.912,75$ 290.530.029,42$ 289.648.479,42$ 288.766.929,42$ 287.885.379,42$ 287.003.829,42$ 286.122.279,42$ 285.240.729,42$ 284.359.179,42$ 283.477.629,42$ 282.596.079,42$ 281.714.529,42$ 280.832.979,42$ 279.951.429,42$
Tabla 19 Analisis financiero modelo 2
AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
INVERSION
Costo iluminación 56.566.480,00$
Costo postes y montaje equipos de
iluminación47.007.600,00$
Costo de equipos SSFV 133.652.858,00$
Medición bidireccional 12.000.000,00$
Costo de instalación y mano de obra 1.500.000,00$
Mantenimiento SSFV y luminarias 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
Subtotal 250.726.938,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
Egresos 250.726.938,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
Energía solar generada anualmente* kW 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920
Costo del kw/h 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
Ahorro de energía anual 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$
Resultado neto de ahorro (250.726.938,00)$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$
Resultado neto flujo 250.726.938,00$ 237.154.998,00$ 223.583.058,00$ 210.011.118,00$ 196.439.178,00$ 182.867.238,00$ 169.295.298,00$ 155.723.358,00$ 142.151.418,00$ 128.579.478,00$ 115.007.538,00$
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
$ 16.395.000
377.100,00$ 377.100,00$ 450.000,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
377.100,00$ 377.100,00$ 16.845.000,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
377.100,00$ 377.100,00$ 16.845.000,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$ 377.100,00$
31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920
437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$
13.571.940,00$ 13.571.940,00$ (2.895.960,00)$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$ 13.571.940,00$
101.435.598,00$ 87.863.658,00$ 90.759.618,00$ 77.187.678,00$ 63.615.738,00$ 50.043.798,00$ 36.471.858,00$ 22.899.918,00$ 9.327.978,00$ (4.243.962,00)$ (17.815.902,00)$ (31.387.842,00)$ (44.959.782,00)$ (58.531.722,00)$ (72.103.662,00)$
Tabla 20 Analisis financiero modelo 3
AÑO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
INVERSION
Costo iluminación $ 56.566.480
Costo postes y montaje equipos de
iluminación $ 47.007.600
Costo de equipos SSFV $ 99.857.108
Medición bidireccional 12000000
Costo de instalación y mano de obra $ 1.500.000
Mantenimiento SSFV y luminarias 0 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$
Subtotal $ 216.931.188 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000
Egresos $ 216.931.188 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000
Energía solar generada anualmente* kW 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920
Costo del kw/h 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
Ahorro de energía anual 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$
Resultado neto de ahorro ($ 216.931.188) $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040
Resultado neto flujo $ 216.931.188 $ 203.359.148 $ 189.787.108 $ 176.215.068 $ 162.643.028 $ 149.070.988 $ 135.498.948 $ 121.926.908 $ 108.354.868 $ 94.782.828 $ 81.210.788
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
$ 14.767.560
377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$ 377.000,00$
$ 377.000 $ 377.000 $ 15.144.560 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000
$ 377.000 $ 377.000 $ 15.144.560 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000 $ 377.000
31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920 31920
437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$ 437,00$
13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$ 13.949.040,00$
$ 13.572.040 $ 13.572.040 ($ 1.195.520) $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040 $ 13.572.040
$ 67.638.748 $ 54.066.708 $ 55.262.228 $ 41.690.188 $ 28.118.148 $ 14.546.108 $ 974.068 ($ 12.597.972) ($ 26.170.012) ($ 39.742.052) ($ 53.314.092) ($ 66.886.132) ($ 80.458.172) ($ 94.030.212) ($ 107.602.252)
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
El primer modelo a pesar de ser aquel que tiene una uniformidad más visible sin cambios tan
bruscos, no resulta aplicable para el desarrollo del deporte, el colgar las guayas sobre el campo
pone en riesgo a los participantes debido a que las fuertes corrientes de viento que se presentan
en el lugar podrían ocasionar que alguna guaya se caiga en medio de una competencia y lastime a
los participantes.
El modelo 2 es aquel que más potencia consume para poder cumplir con lo especificado en la
normativa, el tipo de lámpara de SODIO es aquella que mayor eficiencia produce por watio debido
a la cantidad de lúmenes que es capaz de entregar.
El modelo 3 utiliza un buen número de lámparas para poder garantizar cumplir con la norma, sin
embargo en el diagrama de colores falsos se muestra que hay cambios bruscos en la uniformidad,
hay zonas de intensidad muy altas y cambian bruscamente a zonas sin casi iluminación.
Se decidió que el diseño que mejor cumple con lo estipulado y con lo que se quiere para cumplir
con la norma es el modelo 2 debido a la uniformidad que maneja y los niveles de lux que garantiza.
En el estudio económico se ve una opción más viable económicamente el diseño para inyección de
energía a la red ya que el diagrama de flujo nos arroja una recuperación de la inversión al final de
los 25 años que es la vida útil de los equipos. Sin embargo se recomienda realizar un análisis más
exaustivo del retorno de la inversión en caso de que se opte por seleccionar esta opción, ya que el
retorno es muy pequeño y es posible que algunos gastos no se hayan tenido en cuenta.
7. CONCLUSIONES
a) Se realizó una revisión de la normatividad existente sobre iluminación de escenarios
deportivos de BMX en Colombia, arrojando como resultado que no existe una norma
nacional que rija este tipo de iluminación, pero se encontraron normas internacionales
que abarcaban este concepto de iluminación, como la Australiana donde como principales
aspectos se encuentran que la iluminación debe de ser equilibrada en toda la pista
evitando que se formen lagunas de luz que puedan afectar la visibilidad del competidor, se
requiere manejar un promedio de 100 lux en la pista con un mínimo de 50 lux,
b) Sin embargo en el análisis se encuentra que resulta importante tener en cuenta los
espectadores en el momento de realizar el diseño, debido a que si se desea hacer una
transmisión televisiva puede ser necesario de una iluminación más uniforme y con mayor
cantidad de lux.
c) Se realizó un levantamiento del terreno de la pista de donde se desarrollaron tres
propuesta de iluminación en donde se contemplaron una iluminación en guayas sobre la
pista (muy similar a tener un techo sobre la pista) una iluminación a través de postes
laterales (similar a los estadios de futbol) y una iluminación sobre graderías.
d) Se obtuvo como resultado del primer modelo de simulación que el realizar una
iluminación distribuida sobre la pista es sencillo garantizar una distribución uniforme de la
luz y evitar deslumbramiento por parte del público y de los competidores.
e) El segundo modelo como resultado arrojó que la iluminación de la pista es menos
uniforme que el primer modelo y que la ubicación de las luminarias debe tener una altura
superior a los veinticinco metros para evitar deslumbramiento y poder realizar una
iluminación adecuada.
f) Por otro lado el tercer modelo arrojo como resultado que se creaban lagunas de luz muy
notables por lo que para poder eliminarlas se requeriría una gran cantidad de luminarias
distribuidas no solamente en las graderías sino todo alrededor de la pista.
g) Los obstáculos en la pista se omitieron debido a que la UCI dentro de su normativa dice
que los obstáculos deben ser modificados en la pista cada tanto para evitar que gane un
competidor que conoce la pista sobre uno que es mucho más hábil, por tal motivo en la
simulación se tomó el tramo de la pista recto.
h) De la simulación realizada, se obtuvo que las lámparas de sodio tienen una buena
aplicación en cuanto a brindar iluminación a escenarios deportivos debido a su capacidad
de entregar una gran cantidad de lúmenes por vatio, pero esta aplicación solo tiene cabida
en deportes donde no se necesita de una apreciación del color ni una gran visibilidad, es
decir disciplinas donde no se requiere de una pelota para el desarrollo de la competencia
como lo es el caso de las pistas BMX. Sin embargo, la temperatura del color resulta poco
eficiente cuando se quiere transmisiones de televisión.
i) Por otro lado las lámparas de halogenuros metálicos permiten tener una mejor
apreciación del color, sin embargo producen menos lúmenes por vatio, por lo que se
necesita de un mayor número de ellas para brindar una buena iluminación. Esto también
tiene repercusiones en el consumo energético, mientras que con Sodio se logran
eficiencias de 100 a 200 lm/w en baja presión, con Halogenuros metálicos se logran
eficiencias de 65 a 120 lm/w; es decir para lograr la misma eficiencia se necesitan del
doble del consumo con halogenuros metálicos.
j) El diseño mediante DIALux no es del todo preciso las tramas sobre el terreno, un claro
ejemplo es el primer tramo, que al estar sobre el suelo en donde se encontraba la rampa
arrojaba un valor mínimo de 0 Lux debido a la sombra que se creaba por la rampa.
k) Como conclusión de la simulación y los resultados obtenidos la iluminación por postes
laterales es la más óptima por seguridad y cumplimiento de normativa.
l) Los valores calculados para la iluminación de la pista se encuentran por encima en algunas
tramas, y en otros por debajo del mínimo de 50 lux, esta medición por debajo de los 50 lux
ocurre en las curvas en la parte que da afuera de la pista, cabe recordar que la curva se
levanta es sus extremos y la medición se encuentra al ras del suelo, lo que quiere decir
que para la aplicación en la vida real a la altura real de la curva se encuentra el valor en lux
necesario para cumplir a cabalidad con la norma.
m) Se realizaron tres modelos fotovoltaicos para suplir la energía necesaria para alimentar el
modelo tres de iluminación, los tres modelos fueron: un sistema aislado que alimentaba la
iluminación por medio de un sistema de baterías, un sistema de inyección directa a la red
donde durante el día inyecta la energía producida por el sistema fotovoltaico a la red y en
la noche suple la energía directamente de la red, contando con un respaldo de UPS que
permita desalojar la pista en el momento en que se vaya la energía de la red evitando un
posible accidente por falta de iluminación, y un sistema hibrido en donde al sistema de
baterías estar cargado y durante el día los excedentes de energía son entregados a la red.
n) El modelo fotovoltaico optimo se estimó a partir de un análisis económico, y de la
cantidad de paneles utilizados ya que a un mayor numero es una mayor área necesaria
para la ubicación de los mismos, dando como resultado el modelo 2.
RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS
o) Analizar el requerimiento de iluminación con tecnología LED ya que debido a los
requerimientos de iluminación de un campo tan grande y la capacidad y precio que se
tiene actualmente de las lámparas LED no fueron consideradas para el desarrollo de este
proyecto.
8. BIBLIOGRAFÍA
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[10] O. HUALLPA PALOMINO, “DISEÑO DEL ALUMBRADO DE UN CAMPO DEPORTIVO DE FUTBOL MEDIANTE EL SOFTWARE DIALUX.” .
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[15] J. A. Gutiérrez Bolaños and J. F. C. Gutiérrez Patiño, “Diseño de un sistema solar fotovoltaico de 20 KWp conectado a la red,” p. 193, 2011.
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no. 18, 2008.
[19] Upme, Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia. 2015.
[20] U. D. P. M. E. Ministerio de Minas y Energía and M. Y. E. A. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Instituto de hidrología, “Mapas de radiación solar global sobre una superficie plana, en Colombia,” Minist. Ambient. vivienda y Desarro. Territ. …, vol. 3, pp. 15–40, 2000.
[21] U. D. P. M. E. Ministerio de Minas y Energía and M. Y. E. A. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Instituto de hidrología, “Mapas de Brillo Solar,” Atlas Radiac. Sol. Colomb., pp. 41–57, 2005.
[22] “Software. DIALux.,” DIAL GmbH, 2015. [Online]. Available: http://www.dial.de/DIAL/es/dialux.html.
[23] DIAL GmbH, “DIALux Manual del usuario,” DIAL GmbH, p. 371, 2011.
ANEXO 1
MANEJO SOFTWARE DIALUX
Dialux es una herramienta computacional de uso libre, desarrollada por la fundación alemana en
iluminación, DIAL-GmbH en 1994, este software permite de manera rápida y eficaz el desarrollo
de proyectos de iluminación utilizando datos de luminarias reales, presentados por los fabricantes;
mediante la proyección de iluminación de manera creativa DIALux permite el cálculo paralelo de
consumos energéticos de la solución de iluminación diseñada, permite la exportación de diseños
realizados en CAD, para trabajar sobre ellos. [22][23]
DIALux permite la simulación de espacios interiores como exteriores y permite realizar los cálculos
tanto para proyectos de parques como calles de tránsito vehicular.
El entorno gráfico de DIALux es muy amigable, debido a que guía al usuario, paso a paso, al abrir el
programa, arroja una pantalla de inicio o bienvenida que indica que se desea hacer, tal como se
muestra en la Figura 21 Pantalla de inicio DIALux.
Figura 21 Pantalla de inicio DIALux
Una vez allí el usuario selecciona que tipo de proyecto quiere realizar, dentro de las opciones
encuentra:
Nuevo proyecto de interior
Asistente DIALux
Nuevo proyecto exterior
Abrir último proyecto
Nuevo proyecto de calle
Abrir proyecto
Una vez allí se selecciona para este proyecto en específico Nuevo proyecto exterior, el programa
envía al usuario a la pantalla de trabajo y por defecto coloca una trama de cálculo en el entorno de
trabajo, como se puede apreciar en la Figura 22
Figura 22 Entorno de trabajo DIALux
Para este proyecto se trabajará sobre un plano de AutoCAD, por lo que se va al menú, Archivo,
Importar, Archivo DWG o DFX. Figura 23.
Figura 23 Importanción de archivo AutoCAD
Inmediatamente al hacer click, se abre el asistente de importación de dibujo CAD
Figura 24 Ventana de importación de archivo .CAD
El usuario sigue los pasos del asistente que lo llevan a la ventana de importación del archivo, allí le
da BUSCAR para seleccionar la ruta donde se encuentra el archivo, el cual aparecerá en una
pequeña ventana de navegación donde el usuario seleccionará el archivo, le dará abrir y luego en
la ventana de importación dará click en el notón Siguiente. Tal como se muestra en la Figura 25
Ventana de busqueda del archivo CAD
Figura 25 Ventana de busqueda del archivo CAD
Una vez importado el archivo este aparece sobre el área de trabajo, se elimina la trama de cálculo
que el programa carga por defecto y se procedería a hacer el modelamiento de la escena.
Figura 26 Vista del plano CAD importado a DIALux
Se procede entonces a colocar las áreas de cálculo sobre el plano en DIALux, para ellos se debe
dirigir a la parte derecha de la ventana lo indica la Figura 27 Figura 27 Guía de trabajo DIALuxse dá
click en la pestaña iluminación exterior la cual extiende una lista de herramientas de trabajo, se
selecciona Insertar elementos de suelo y se procede a dibujar las áreas de trabajo.
Figura 27 Guía de trabajo DIALux
Dando como resultado lás áreas a las cuales se les hará el estudio en la pista. Como se muestra en
la Figura 28.
Figura 28 Zonas de estudio en la pista