Ferramentas de simulación luminosa e algoritmos de optimización aplicados ó modelado, calibración e optimización de instalacións de iluminación exterior

La iluminación de los viales de circulación es un servicio esencial para las ciudades y sus habitantes por sus beneficios en el bienestar, la salud, la seguridad y la prevención de delitos. Sin embargo, es una fuente de consumo considerable que además contribuye a la contaminación del cielo nocturno. Al mismo tiempo, se trata de un sector con un gran potencial de ahorro energético, teniendo en cuenta que en la actualidad todavía existen numerosas instalaciones con fuentes de luz ineficientes en todo el mundo. La optimización de las instalaciones de iluminación juega un papel importante en las estrategias de reducción del consumo de energía y de la contaminación. En instalaciones nuevas, un adecuado diseño es crucial para asegurar los requisitos de iluminación asociados al tipo de vía al mismo tiempo que se reducen las emisiones y el consumo. Por otra parte, en fases de explotación cobra especial relevancia el control y la gestión del funcionamiento y el consumo de los sistemas de iluminación. Tanto para la optimización como para la gestión de los sistemas de iluminación, las técnicas de simulación lumínica son una herramienta muy útil y prometedora que facilita la elaboración y evaluación de diferentes estrategias dirigidas a minimizar el consumo. Para obtener resultados que realmente resulten de utilidad, las herramientas de simulación deben alimentarse con modelos precisos y realistas. A menudo se observan importantes discrepancias entre los resultados de las simulaciones y datos reales de monitorización cuando se trata de validar un modelo. Esto evidencia la importancia de emplear modelos calibrados. Existen diferentes técnicas de calibración que permiten modificar ciertos parámetros con el propósito de mejorar el modelado y obtener resultados más fiables y similares al comportamiento real de la instalación. En el caso del modelado de instalaciones de iluminación vial, la dificultad reside principalmente en reflejar las condiciones en las que se encuentran tanto las luminarias como el pavimento. Especialmente en la simulación de instalaciones ya existentes, a menudo no se tiene en cuenta el deterioro que sufre la luminaria con el tiempo o este se considera constante a lo largo del tiempo y para todas las luminarias de la instalación. Por otra parte, en el modelado de los pavimentos se suelen utilizar modelos de reflexión elaborados con datos antiguos y desactualizados, que no son representativos de los materiales empleados en la actualidad. el objetivo de esta tesis es el desarrollo de una metodología de calibración específica para instalaciones de iluminación pública que aporte fiabilidad a los resultados obtenidos de las simulaciones. El método que se presenta en esta tesis consta de tres fases en las que se mejora el modelo de forma sucesiva actuando sobre diferentes parámetros: en primer lugar, se identifican los factores de mantenimiento para considerar la depreciación del flujo luminoso de cada una de las luminarias; a continuación, se estima el coeficiente de luminancia medio del pavimento para reflejar en el modelo la luminosidad real del mismo; y por último, se adaptan las coeficientes de luminancia reducidos para corregir el modo en el que la luz se refleja en el pavimento. La metodología desarrollada se valida a lo largo de tres artículos de investigación publicados en revistas científicas y evaluados según el proceso de revisión por pares. En los diferentes artículos se analiza la aplicación de las tres fases del procedimiento de calibración a instalaciones de iluminación reales. En el primer artículo, se presenta la metodología desarrollada y empleada como base en toda la serie de artículos y se analiza la validez de la primera fase del método a través de la identificación de los factores de mantenimiento de las luminarias de diversas instalaciones. En el segundo artículo, se determina la luminosidad y las propiedades de reflexión del pavimento de una nueva instalación. Para modelar las propiedades de reflexión del pavimento se emplea un método de aproximación novedoso desarrollado específicamente con esta finalidad. Esta última fase del proceso de calibración también se pone a prueba en el tercer artículo, en el que se presenta otro método de aproximación con resultados mejorados respecto al anterior y se compara con métodos alternativos para el modelado de las propiedades de reflexión reales del pavimento. Los resultados obtenidos avalan la fiabilidad de la metodología y evidencian la necesidad de aplicar este tipo de técnicas en el modelado de las instalaciones. Los errores que se comenten en el proceso de simulación se reducen de forma significativa cuando se aplican las tres fases del procedimiento desarrollado. Tener en cuenta el deterioro real de las luminarias repercute en el flujo luminoso considerado para la luminaria y afecta especialmente al cálculo de la iluminancia. Esta medida también tiene efecto sobre la luminancia, pero en los resultados del segundo artículo se confirma la necesidad de aplicar correcciones adicionales ya que la reducción no es suficiente como para considerar calibrado el modelo. En esta dirección, se obtienen muy buenos resultados para la reducción del error cuando se estima la luminosidad real del pavimento, que se acentúan tras la adaptación de las propiedades de reflexión en lugar de emplear los modelos convencionales.