Artículo Académico / Academic Paper
Recibido: 17-05-2020, Aprobado tras revisión: 16-07-2020
Forma sugerida de citación: Ayala R., Otero P., Calle V. (2020). “Metodología para el análisis de las pérdidas de potencia y energía
en las lámparas y sus componentes y determinación del tiempo del sistema de alumbrado público del Ecuador”. Revista Técnica
“energía”. No. 17, Issue I, Pp. 43-51.
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
© 2020 Operador Nacional de Electricidad, CENACE
Power and energy losses calculation methodology in the public lighting
system of Ecuador
Metodología de cálculo de pérdidas de potencia y energía en el sistema de
alumbrado público del Ecuador
R. A. Ayala
1
P. E. Otero
1
V. E. Calle
2
1
Escuela Politécnica Nacional, Ecuador
E-mail: robinson.ayala@epn.edu.ec; patricia.otero@epn.edu.ec
2
Agencia de Regulación y Control de Electricidad, Ecuador
E-mail: emilio.calle@regulacionelectrica.gob.ec
Abstract
The purpose of this study is to analyze the losses due
to electric energy consumption in the auxiliary
equipment in the public lighting system of Ecuador
and its operation time. It starts with the treatment of
the information from georeferenced databases,
presented by the electric utility companies to the
Electricity Regulation and Control Agency. With
dedicated software help, the information is
processed, and the luminaires are stratified using as
criteria the power and light source type. A second
analysis studies the operating time using the time
equation. The results of these analyzes serve to
calculate the energy and power consumption in the
luminaires and their auxiliaries, by varying the
operating time in each of the electric utility
companies according to their geographical position.
The results are compared with the provisions of the
current regulation. Finally, a proposal for the
consumption of auxiliaries calculation based on
international regulations and real data is presented,
in addition to a procedure for receiving the
information of the public lighting system in order to
adjust the values of consumption of the auxiliaries
established in the current regulation (ARCONEL
006/18).
Resumen
Este estudio tiene como propósito analizar las
pérdidas debidas al consumo de energía eléctrica en
los equipos auxiliares del sistema de alumbrado
público de Ecuador y su tiempo de operación. Se
inicia con el tratamiento de información de las bases
de datos georreferenciadas, que presentan las
empresas distribuidoras a la Agencia de Regulación
y Control de Electricidad. Con ayuda de software
especializado se ejecuta el procesamiento de la
información y se estratifica las luminarias usando
como criterios la potencia y tipo de fuente de luz. Un
segundo análisis estudia el tiempo de funcionamiento
empleando para ello la ecuación del tiempo. Los
resultados de estos análisis sirven para calcular la
energía y potencia de consumo de las luminarias y
sus auxiliares, variando los tiempos de operación en
cada una de las empresas distribuidoras según su
posición geográfica. Los resultados se comparan con
lo establecido la regulación vigente. Finalmente, se
presenta una propuesta de cálculo para el consumo
de energía en los equipos auxiliares del sistema de
alumbrado público y un procedimiento para
recepción de información del alumbrado público con
el fin de ajustar los valores de los consumos de los
auxiliares establecidos en la regulación vigente
(ARCONEL 006/18).
Index terms

Public lighting, operating time,
auxiliaries consumption, luminaries.
Palabras clave

Alumbrado público, tiempo de
funcionamiento, consumo de auxiliares, luminarias.
43
Edición No. 17, Issue I, Julio 2020
1. INTRODUCCIÓN
De manera general, las pérdidas en los auxiliares del
sistema de alumbrado público de las empresas eléctricas
de distribución son causadas principalmente por los
balastos de las luminarias; a estas pérdidas se adicionan
las no técnicas ocasionadas por una baja eficiencia en la
red y por fallas en los sistemas de control.
Las pérdidas en los balastos son constantes y se
consideran pérdidas técnicas, ocasionadas por el efecto
Joule de la circulación de corriente por la bobina del
balasto. El tamaño de las bobinas es proporcional a la
potencia del balasto, es decir entre mayor tamaño,
mayores pérdidas.
Las pérdidas en el sistema de alumbrado público
también son producidas debido a la incorrecta
facturación, si el total de la energía consumida por el
alumbrado público no fuese facturado, esta diferencia
pasa a formar parte de las pérdidas no técnicas en el
consumo de energía eléctrica.
En los últimos años el Ministerio de Energía y
Recursos Naturales No Renovables del Ecuador ha
implementado una gran cantidad de aplicativos y
herramientas para el análisis técnico de los sistemas de
distribución así como en la mejora de la gestión de las
empresas de distribución; en este sentido, con la
incorporación de los actuales valores de pérdidas de los
elementos auxiliares del sistema de alumbrado público
general (SAPG), que constan en la Regulación Nro.
ARCONEL 006/18 [1], algunas empresas han
identificado que al realizar los estudios de flujo, estos no
convergen debido a que los valores considerados como
pérdidas no permiten una distribución de carga adecuada.
Esto se debe a la sobre estimación de pérdidas y
consumos del alumbrado público, atribuible
principalmente a un mayor tiempo de encendido en los
cálculos (horas de funcionamiento del SAPG), lo que
provoca una distorsión en el balance energético de las
empresas y en algunos casos se refleja en una
disminución de pérdidas (especialmente no técnicas) y
por ende una alteración de los indicadores de gestión de
las empresas distribuidoras.
Los resultados de este estudio permiten a la
ARCONEL tomar decisiones respecto de la actualización
de los parámetros de los tiempos de funcionamiento y los
valores de pérdidas en los auxiliares de las luminarias a
nivel nacional establecidos en la Regulación vigente [1].
Como parte complementaria se realiza un análisis de
evaluación en el cual se identifica el impacto que genera
el ajuste de los nuevos parámetros en los balances
energéticos de las empresas distribuidoras y
puntualmente en sus indicadores de pérdidas de energía.
2. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL
ALUMBRADO PÚBLICO
Durante los últimos años, se ha identificado que, para
el cálculo de la energía de los SAPG sin medición, las
empresas distribuidoras del Ecuador utilizan criterios
distintos, tanto para determinar los consumos de los
elementos auxiliares como para establecer los tiempos de
encendido. Esta aproximación implica contabilizar en
exceso o en escasez la energía consumida por el SAPG,
lo que, a su vez, se refleja en la energía identificada como
pérdidas técnicas del sistema de distribución.
La Regulación Nro. ARCONEL 006/18: “Prestación
del Servicio de Alumbrado Público General”, tiene como
objetivo “normar las condiciones técnicas que permitan a
las empresas eléctricas distribuidoras prestar el servicio
de alumbrado público general con calidad y eficiencia”.
En esta Regulación se establecen los parámetros de
funcionamiento de las luminarias, entre los que se
encuentran los valores máximos del consumo de los
auxiliares del sistema (ver Tabla 1) [1].
Tabla 1: Potencia máxima en auxiliares de luminarias [1]
Potencia
(W)
Potencia máxima
en auxiliares de
vapor de sodio de
alta presión (%)
Potencia máxima
en auxiliares de
luminarias LED (%)
P ≤ 70
16
10
70 < P ≤ 100
15
100 < P ≤ 150
13
P > 150
12
En los SAPG, el tiempo de funcionamiento se
encuentra controlado mediante sistemas de reloj o
fotocélula. En el primer caso la programación se realiza
considerando 12 horas de funcionamiento. En el caso de
la fotocélula funciona según el nivel de iluminación; sin
embargo, en los reportes, los tiempos de funcionamiento,
las empresas consideran únicamente las 12 horas y no el
tiempo de funcionamiento exacto que la fotocélula
controla.
La información sobre los componentes del SAPG de
cada distribuidora, está georreferenciada y cuenta con
una descripción nemotécnica homologada según [2].
Estas bases de dato se mantienen en el Sistema de
Información Geográfica de la ARCONEL (SIG-
ARCONEL).
3. METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE
PÉRDIDAS PARA SISTEMAS SIN MEDICIÓN
3.1. Determinación de porcentajes de pérdidas en
equipos auxiliares
Para establecer los límites permisibles de pérdidas en
los SAGP, se analiza las siguientes normativas y
referencias:
American National Standard for Lamp
Ballasts—Ballasts for High-Intensity-Discharge
and Low-Pressure Sodium, ANSI C82.4 [3].
Electrotecnia. Pérdidas máximas en balastos,
para bombillas de alta intensidad de descarga.
NTC 3657:1994 [4].
HID lámparas y balastos [5].
44
Ayala et al. / Metodología de cálculo de pérdidas de potencia y energía en el sistema de alumbrado sin medición
Reglamento técnico de iluminación y alumbrado
público, del Ministerio de Energía y Minas de
Colombia [6].
Cálculo detallado de pérdidas en sistemas
eléctricos de distribución aplicado al alimentador
Universidad perteneciente a la Empresa Eléctrica
Ambato [7].
De los documentos anteriores se toman las potencias
de las luminarias y las pérdidas establecidas según la
potencia, para realizar un comparativo con la regulación
vigente en el Ecuador y establecer una media para el
cálculo de las pérdidas. Las Tablas 2 y 3 presentan este
comparativo y la media para lámparas de sodio con
balasto tipo reactor.
Tabla 2: Comparativa de documentos de lámparas de sodio con
balasto tipo reactor en watios
Potencia
[W]
Potencia en W
Reglamento técnico
de iluminación y
alumbrado público
[6]
Pérdidas máximas en
balastos para bombillas de
alta intensidad
[3]
HID lámparas y
balastos
[5]
Cálculo detallado de
pérdidas en sistemas
eléctricos
[7]
Regulación Vigente
[1]
50
10,0
-
-
-
8,0
9,0
70
11,0
11,0
13,0
10,0
11,2
11,2
100
15,0
-
16,0
12,0
15,0
14,5
125
-
-
-
-
16,3
16,3
150
19,0
19,0
19,0
18,0
19,5
18,9
175
-
-
-
-
21,0
21,0
200
-
-
-
-
24,0
24,0
250
29,0
29,0
-
25,0
30,0
28,3
400
40,0
40,0
-
35,0
48,0
40,8
600
60,0
-
-
-
72,0
66,0
1000
100,0
-
-
-
120,0
110,0
Tabla 3: Comparativa de documentos de lámparas de sodio con
balasto tipo reactor en
Potencia
[W]
Potencia en %
Media
Reglamento técnico de
iluminación y alumbrado
público
[6]
Pérdidas
máximas en balastos
para bombillas de alta
intensidad
[3]
HID lámparas y balastos
[5]
Cálculo detallado de pérdidas en
sistemas eléctricos
[7]
Regulación Vigente
[1]
50
20,0
-
-
-
16,0
18,0
70
15,7
15,7
18,6
14,3
16,0
16,1
100
15,0
-
16,0
12,0
15,0
14,5
125
-
-
-
-
13,0
13,0
150
12,7
12,7
12,7
12,0
13,0
12,6
175
-
-
-
-
12,0
12,0
200
-
-
-
-
12,0
12,0
250
11,6
11,6
-
10,0
12,0
11,3
400
10,0
10,0
-
8,8
12,0
10,2
600
10,0
-
-
-
12,0
11,0
1000
10,0
-
-
-
12,0
11,0
Se observa que, para el caso de balastos tipo reactor,
los valores de pérdidas no difieren de manera
significativa para potencias inferiores a 200W, tanto en
las diferentes normas, así como en la regulación; sin
embargo, cuando la potencia supera los 200W las
pérdidas se reducen, respecto de la regulación vigente.
Tabla 4: Comparativa de documentos de lámparas de sodio con
balasto tipo autotransformador en watios
Potencia
[W]
Potencia en W
Media
Reglamento técnico de
iluminación y
alumbrado público
[6]
Pérdidas máximas en
balastos para bombillas
de alta intensidad
[3]
HID lámparas y
balastos
[5]
Cálculo detallado
de
pérdidas en sistemas
eléctricos
[7]
Regulación Vigente
[1]
50
-
-
-
-
8,0
8,0
70
-
-
27,0
-
11,2
19,1
100
-
-
33,0
-
15,0
24,0
125
-
-
-
-
16,3
16,3
150
40,0
40,0
49,0
-
19,5
37,1
175
-
-
-
-
21,0
21,0
200
-
-
45,0
-
24,0
34,5
250
45,0
51,0
57,0
-
30,0
45,8
400
70,0
79,0
67,0
-
48,0
66,0
600
100,0
-
-
-
72,0
86,0
1000
119,0
-
-
-
120,0
119,5
Tabla 5: Comparativa de documentos de lámparas de sodio con
balasto tipo autotransformador en porcentaje
Potencia
[W]
Potencia en %
Media
Reglamento técnico de
iluminación y alumbrado
público
[6]
HID lámparas y balastos
Cálculo detallado de pérdidas
en sistemas eléctricos
[7]
Regulación Vigente
[1]
50
-
-
-
16,0
16,0
70
-
38,6
-
16,0
27,3
100
-
33,0
-
15,0
24,0
125
-
-
-
13,0
13,0
150
26,7
32,7
-
13,0
24,8
175
-
-
-
12,0
12,0
200
-
22,5
-
12,0
17,3
250
18,0
22,8
-
12,0
18,3
400
17,5
16,8
-
12,0
16,5
600
16,7
-
-
12,0
14,3
1000
11,9
-
-
12,0
12,0
Para balastos tipo autotransformador, se realiza la
misma comparativa, según se presenta en las Tablas 4 y
5. En este caso se observa que los valores considerados
en cada una de las normas difieren ampliamente de los
valores en la Regulación.
Dadas las significativas variaciones encontradas en la
comparación con la regulación vigente, se propone la
utilización de los valores mostrados en las Tablas 6 y 7,
para el cálculo de pérdidas de los elementos auxiliares del
alumbrado público, el criterio que se seleccionó para la
elección de estos valores fue en base al análisis de la
comparativa de documentos sobre las pérdidas máximas
en los auxiliares, realizando una media de los valores
encontrados y aproximando al número mayor, se debe
tener en cuenta que estos valores son provisionales hasta
realizar un análisis con los valores de consumo de
45
Edición No. 17, Issue I, Julio 2020
auxiliares que presentarán las empresas distribuidoras del
país.
Tabla 6: Valores de propuesta de pérdidas máximas en auxiliares
para balasto tipo reactor
Potencia [W]
Pérdidas máximas en
auxiliares en luminarias de
vapor de sodio de alta
presión (%)
Pérdidas máximas
en auxiliares en
luminarias LED
(%)
P≤70
18
10
70<P≤100
16
100<P≤150
15
150<P≤200
13
P>200
12
Tabla 7: Valores de propuesta de pérdidas máximas en auxiliares
para balasto tipo autotransformador
Potencia [W]
Pérdidas máximas en
auxiliares en luminarias
de vapor de sodio de
alta presión (%)
Pérdidas máximas en
auxiliares en
luminarias LED (%)
P≤70
40
10
70<P≤100
39
100<P≤150
33
150<P≤200
30
P>200
23
3.2. Tratamiento de datos de la información del
sistema de alumbrado público
Este análisis se realiza utilizando la información del
sistema de alumbrado público general a nivel nacional
proveniente del SIG-ARCONEL (Sistema de
Información Geográfica de la ARCONEL).
La base de datos del SAPG se encuentra
georreferencia en formato para ARCGIS Pro, esta
información se exporta en shapefile y dentro de este
shapefile existen archivos de Excel en formato *.dbf en
el cual se encuentran todos los datos que presentan las
empresas distribuidoras. El proceso de tratamiento de la
información se explica en el diagrama de flujo de Fig. 1.
Mediante este proceso se determina la cantidad de
luminarias a nivel nacional, incluyendo datos
importantes como: descripción nemotécnica, tipo de
fuente de luz, tipo de control, ubicación, empresa a la que
pertenece, entre otros. Usando la descripción
nemotécnica (ver Fig. 2) y la homologación de las
unidades de propiedad y unidades de construcción del
sistema de distribución eléctrica [2] se estratifica las
luminarias por tipo de fuente de luz, de este modo se
añade el porcentaje de consumo de auxiliares
correspondiente para el cálculo de energía total.
En la Tabla 8 se detalla la cantidad de luminarias
funcionando al mes de diciembre, según el tipo de
luminaria por empresa distribuidora. Con el uso de la
descripción nemotécnica en lugar del tipo de fuente de
luz, se disminuye la cantidad de datos inconsistentes por
campos vacíos o llenos con datos erróneos errados. En la
¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se
puede observar la columna “No existe DN”, indicando un
campo vacío en la base de datos, que corresponde a una
luminaria que no tuvo un tipo de fuente de luz, estos
casos representan menos del 1% de luminarias por lo que
no afectan en los cálculos de energía consumida.
Figura 1: Diagrama de flujo del tratamiento de datos para el
análisis de luminarias
Figura 2: Descripción nemotécnica [2]
46
Ayala et al. / Metodología de cálculo de pérdidas de potencia y energía en el sistema de alumbrado sin medición
Se debe tener en cuenta también que la información
sobre las luminarias de doble nivel de potencia no se
encuentra bien estructurada debido a que algunas
empresas ingresan mal los datos o dejan vacío este
campo, por este motivo no se ha considerado el segundo
nivel de potencia de las luminarias instaladas en el
sistema eléctrico.
Tabla 8: Cantidad de luminarias del mes de diciembre
Empresa
Tipo de luminaria
Total
Halogenuro Metálico
Inducción
Led
Mercurio
No existe DN
Sodio
CNEL
Bolívar
1
0
198
1.417
0
17.797
19.413
CNEL El
Oro
3.050
0
3.486
3.162
0
76.612
86.310
CNEL
Esmeraldas
0
0
873
939
2.421
44.458
48.691
CNEL
Guayaquil
5.880
0
1.688
16.755
0
150.999
17.5322
CNEL
Guayas
Los Ríos
118
0
799
1.687
0
94.657
97.261
CNEL Los
Ríos
0
0
655
1.167
11
29.686
31.519
CNEL
Manabí
0
0
948
9.287
38
92.266
10.2539
CNEL
Milagro
240
0
1436
3267
0
41935
46878
CNEL Sta
Elena
0
0
206
421
11
44.924
45.562
CNEL Sto
Domingo
27
0
3.470
1.649
0
69.834
74.980
CNEL
Sucumbíos
15
0
541
139
0
48.229
48.924
EE Ambato
103
0
6.331
1.380
0
113.614
121.428
EE
Azogues
232
0
829
785
0
15.040
16.886
EE
Centrosur
782
0
6.486
2.229
0
134.438
143.935
EE
Cotopaxi
13
0
536
3971
0
46.375
50.895
EE
Galápagos
0
755
1.923
94
240
1.604
4.616
EE Norte
40
0
5.635
6124
0
85.613
97.412
EE Quito
9.440
92
5.112
1627
0
266.598
282.869
EE
Riobamba
221
0
2.576
428
0
57.347
60.572
EE Sur
607
0
6.515
993
0
56.903
65.018
Total
20.769
847
50.243
57.521
2.721
1.488.929
1.621.030
3.3. Análisis del tiempo de funcionamiento del
sistema de alumbrado público general
Los SAPG del Ecuador, cuentan con dos tipos: por
reloj y por fotocelda o fotocontrol, este último es el más
utilizado. Con esta consideración, las luminarias con
fotocontrol, son las que producen un mayor impacto en
el cálculo del consumo de energía y por lo tanto en las
perdidas de los elementos auxiliares, dada la variación de
la duración del día.
Para establecer el valor adecuado a utilizar, se analiza
datos de la duración del día tomados por estaciones
meteorológicas desde el año 2000 hasta el año 2018 en
diferentes ciudades del Ecuador para posteriormente
determinar el comportamiento real mediante uso de la
ecuación del tiempo.
La ecuación del tiempo es fundamental para predecir
la duración del día, amanecer, atardecer y los diferentes
crepúsculos existentes [3]–[5]. Para aplicarla, se calcula
el año fraccionario con la ecuación (1):
𝒙 =
𝟐𝝅
𝟑𝟔𝟓
× (𝑫í𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒂ñ𝒐 − 𝟏
+
𝒉𝒐𝒓𝒂 − 𝟏𝟐
𝟐𝟒
)
(1)
donde x es el año fraccionario, Día del año es 1 para el 1
de enero y 365 para el 31 de diciembre (366 para años
bisiestos y hora representa a la hora del día.
Se debe tener en cuenta que para el año bisiesto se usa
366 en el denominador en lugar de 365 [3]. Una vez
determinado el año fraccionario es posible aplicar la
ecuación del tiempo en minutos y el ángulo de
declinación solar en radianes, mediante las ecuaciones
(2) a la (4):
𝑬𝒄. 𝒅𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 = 𝟐𝟐𝟗. 𝟏𝟖 × (𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟕𝟓
+ 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟖𝟔𝟖 × 𝒄𝒐𝒔
(
𝒙
)
− 𝟎. 𝟎𝟑𝟐𝟎𝟕𝟕 × 𝒔𝒆𝒏
(
𝒙
)
− 𝟎. 𝟎𝟏𝟒𝟔𝟏𝟓 × 𝒄𝒐𝒔
(
𝟐𝒙
)
− 𝟎. 𝟎𝟒𝟎𝟖𝟒𝟗 × 𝒔𝒆𝒏(𝟐𝒙)
(2)
𝑫𝒆𝒔𝒑𝒍𝒂𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
= 𝑬𝒄. 𝒅𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 + 𝟒
× 𝒍𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 − 𝟔𝟎
× 𝒛𝒐𝒏𝒂 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒓𝒊𝒂
(3)
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒔𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒗𝒆𝒓𝒅𝒂𝒅𝒆𝒓𝒐
= 𝒉𝒐𝒓𝒂 × 𝟔𝟎 + 𝒎𝒊𝒏 +
𝒔𝒆𝒈
𝟔𝟎
+ 𝑫𝒆𝒔𝒑𝒍𝒂𝒛𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
(4)
donde longitud es la longitud del sistema de coordenadas
geográficas y zona horaria pertenece al área de la tierra
que sigue la definición del tiempo.
Una vez determinados los valores, es posible graficar
la ecuación del tiempo (ver Fig. 3) y con el
desplazamiento del tiempo se calcula el tiempo solar
verdadero que vendría a ser la duración del día, a partir
de la cual se obtiene la duración de la noche y con estos
tiempos se estima el tiempo que permanece encendida la
lámpara y por tanto se puede calcular la energía y
potencia consumidas por esta.
Figura 3: Ecuación del tiempo
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
minutos
mes
47
Edición No. 17, Issue I, Julio 2020
En la Fig. 4 se observa la duración del día según el
mes y en la Fig. 5 se puede observar la duración del día
para cada una de las ciudades analizadas, teniendo como
resultado que la duración del día para Quito e Ibarra esta
entre 12:04 horas y 12:06 horas aproximadamente, sin
mayor variación a lo largo del año.
Figura 4: Duración del día por mes
Figura 5: Duración del día por ciudad
Para la ciudad de Loja, la duración del día tiene mayor
variación, dura entre 11:51 horas y 12:19 horas
aproximadamente; esto quiere decir que, a lo largo del
año, en ciudades más alejadas del centro del planeta la
duración del día y por lo tanto el tiempo de encendido es
de hasta 18 minutos, según se muestra en la Fig. 5. Se
debe tener en cuenta que la media para todas las ciudades
del Ecuador está en las 12:04 horas.
Determinado el comportamiento de la duración del
día, se puede calcular el tiempo de encendido del sistema
de alumbrado público para cada empresa distribuidora,
considerando un año de 365 días, de esta manera se
obtiene un valor más ajustado a la realidad.
4. CÁLCULO DE LA ENERGÍA DEL SISTEMA
DE ALUMBRADO PÚBLICO
En la Tabla 10 se muestra las variaciones en el
consumo de energía considerando los porcentajes de los
consumos de auxiliares dados en la Regulación y
aplicando el tiempo de funcionamiento de 12:00 horas,
11:56 horas y aplicando la ecuación del tiempo en el cual
se considera la variación de los tiempos de encendido
diarios de todo el año.
Tabla 9: Comparativo de energía consumida calculada con la
regulación vigente y con la propuesta
Mes
Tiempo
Energía total anual [MWh]
Regulación
Propuesta
Enero
12:00
104.803,07
105.602,91
11:56
104.191,71
104.986,90
DIA A DIA
103.468,07
104.257,53
Febrero
12:00
95.183,11
95.909,76
11:56
94.627,88
95.350,29
DIA A DIA
94.245,23
94.964,65
Marzo
12:00
106.524,20
107.327,32
11:56
105.902,81
106.701,25
DIA A DIA
105.876,31
106.674,53
Abril
12:00
103.135,49
103.913,33
11:56
102.533,87
103.307,17
DIA A DIA
102.824,70
103.600,33
Mayo
12:00
101.936,18
102.716,91
11:56
101.341,56
102.117,73
DIA A DIA
101.878,09
102.658,61
Junio
12:00
93.922,65
94.635,57
11:56
93.374,77
94.083,53
DIA A DIA
97.487,97
98.185,68
Julio
12:00
103.681,47
104.463,27
11:56
103.076,66
103.853,90
DIA A DIA
103.633,59
104.415,37
Agosto
12:00
106.725,53
107.536,51
11:56
106.102,97
106.909,21
DIA A DIA
106.499,48
107.308,97
Septiembre
12:00
104.180,55
104.970,73
11:56
103.572,83
104.358,40
DIA A DIA
103.676,73
104.463,14
Octubre
12:00
108.104,08
108.922,97
11:56
107.473,48
108.287,59
DIA A DIA
107.199,20
108.011,08
Noviembre
12:00
105.888,40
106.695,04
11:56
105.270,72
106.072,65
DIA A DIA
104.631,32
105.428,08
Diciembre
12:00
109.897,10
110.735,29
11:56
109.256,03
110.089,33
DIA A DIA
108.372,61
109.198,78
5. ANÁLISIS DE CONSUMO DE AUXILIARES
DEL SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO
Para el consumo de los auxiliares, los cálculos se
realizan con base a los porcentajes de la Regulación
vigente y a la propuesta realizada en este estudio. En la
Fig. 6 se detalla el consumo de los auxiliares de las
luminarias totalizado con los porcentajes antes
mencionados. De los resultados se puede observar que el
consumo de los auxiliares de la propuesta es mayor con
9.373 MWh con respecto al de la Regulación.
Figura 6: Consumo total de auxiliares del año 2019 en MWh
136.000
138.000
140.000
142.000
144.000
146.000
148.000
150.000
152.000
154.000
REGULACIÓN PROPUESTA
Ciudad
Mes
Duración del día
Duración del día
48
Ayala et al. / Metodología de cálculo de pérdidas de potencia y energía en el sistema de alumbrado sin medición
En las Figuras 7 a la 10, se puede observar el
comportamiento del consumo de los auxiliares a lo largo
del año 2019, por empresa distribuidora. El consumo de
los auxiliares está calculado con los porcentajes según la
Regulación y según la propuesta realizada. De estos
gráficos se concluye que las empresas que más consumen
energía en elementos auxiliares del SAPG son CNEL
Guayaquil, CNEL Manabí, CNEL El Oro y CNEL
Guayas Los Ríos para CNEL y Empresa Eléctrica
Ambato, Empresa Eléctrica Quito y Empresa Eléctrica
Centrosur, con valores sobre los 8000 MWh, calculados
según la propuesta.
Figura 7: Consumo de auxiliares de CNEL del año 2019 según la
Regulación en MWh
Figura 8: Consumo de Auxiliares de Empresas Distribuidoras del
año 2019 según la Regulación en MWh
En la Tabla 10 se detalla el consumo de auxiliares del
mes de diciembre para el año 2019 con los porcentajes de
consumo de la Regulación vigente y la propuesta
realizada en este estudio.
Figura 9. Consumo de auxiliares de CNEL del año 2019 según la
propuesta en MWh
Figura 10: Consumo de Auxiliares de Empresas Distribuidoras
del año 2019 según la propuesta en MWh
Tabla 10: Consumo de auxiliares de diciembre
Mes
Diciembre
Empresa
Energía
Regulación
[MWh]
Energía
Propuesta
[MWh]
CNEL
Bolívar
151,93
164,71
El Oro
706,66
769,87
Esmeraldas
392,23
408,53
Guayaquil
1.342,67
1.438,71
Guayas Los Ríos
838,52
896,34
Los Ríos
268,23
282,38
Manabí
901,79
944,67
Milagro
395,41
418,5
Sta Elena
390,09
412,91
Sto Domingo
585,23
626,18
Sucumbios
316,74
347,09
Total CNEL
6.289,52
6.709,89
EE
Ambato
835,86
901,19
Azogues
129,62
139,61
Centrosur
1.180,12
1.256,74
Cotopaxi
372,64
399,97
Galápagos
21,58
23,3
Norte
637,36
684,49
Quito
2.204,62
2.328,52
Riobamba
392,18
417,34
Sur
384,82
413,45
Total EE
6.158,81
6.564,61
Total
12.448,33
13.274,50
-
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
-
4.000
8.000
12.000
16.000
20.000
24.000
-
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
-
4.000
8.000
12.000
16.000
20.000
24.000
28.000
49
Edición No. 17, Issue I, Julio 2020
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Como resultado del análisis se ha identificado que si
bien a nivel nacional, se encuentra homologado un
modelo de datos único para toda la infraestructura
eléctrica, en el catastro de alumbrado público
(geodatabase) existen inconsistencias en la información,
entre las principales están aquellas provocadas por: el
ingreso de datos en campos equivocados, campos vacíos
o códigos con información errónea; esto permite concluir
que para la aplicación del cálculo de la energía a partir
de la ecuación del tiempos, no se cuenta con datos, por lo
cual sería necesario incorporar este criterio en el modelo
de datos nacional.
Considerando los aspectos de la falta de información,
variabilidad de los consumos de los elementos auxiliares
y variación del tiempo de funcionamiento, como se
demuestra con la aplicación de la ecuación del tiempo, la
metodología planteada podría ser incorporada como parte
de la Regulación vigente de alumbrado público, con el fin
de determinar las pérdidas del sistema de alumbrado
público de manera más acorde a la realidad en cuanto al
tiempo de funcionamiento y los tipos de balastos.
El balasto tipo reactor es el más utilizado por las
empresas eléctricas distribuidoras; sin embargo, un
porcentaje importante de balastos son de tipo
autotransformador; en este sentido, la Regulación vigente
no considera este tipo de tecnología, haciéndose
necesaria su incorporación, dado que el balasto tipo
autotransformador consume aproximadamente el doble
de energía que el de tipo reactor.
En el presente estudio se identificó que los consumos
de auxiliares planteados en la Regulación vigente son
inferiores respecto de la normativa internacional e
información existente. A partir de la propuesta
metodológica desarrollada se puede establecer un criterio
único a nivel nacional, con el que se podrá determinar los
valores de pérdidas en los balastos de las luminarias,
considerando información más cercana a la realidad y las
tecnologías de luminarias que se incorpora cada año en el
país.
Para el análisis de consumos de energía se puede
observar que utilizando los porcentajes de consumos de
auxiliares de la propuesta realizada, la energía será mayor
debido a que estos porcentajes son mayores que los de la
Regulación; pero para el caso del tiempo de
funcionamiento, se ha analizado el consumo de energía
con los tiempos de funcionamiento de 12 horas, 11 horas
y 56 minutos y con el tiempo variable a lo largo del año,
de esta manera se ha concluido que el consumo de
energía disminuirá en aproximadamente 7.500 MWh
para el año 2019 utilizando los tiempos de
funcionamiento variables con respecto a las 12 horas de
funcionamiento establecidos por la Regulación.
A pesar de las políticas que se han incorporado
respecto al reemplazo de tecnologías más eficientes y
menos contaminantes en iluminación (luminarias de
mercurio), se evidencia que aún existen en el país 50.829
luminarias de mercurio, además de 980 luminarias de
inducción.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a la Dirección de Estudios
Eléctricos y Energéticos de la Agencia de Regulación y
Control de Electricidad por su apoyo en el desarrollo de
este estudio.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Agencia de Regulación y Control de Electricidad,
“Regulación Nro. ARCONEL 006/18 Prestación del
Servicio de Alumbrado Público,” Quito, 2018.
[2]
Ministerio de Electricidad y Energía Renovable,
“Homologación de las Unidades de Propidad y
Unidades de Construcción del sistema de
distribución eléctrica,” Quito, 2011.
[3]
American National Standard for Lamp Ballasts—
Ballasts for High-Intensity-Discharge and Low-
Pressure Sodium Lamps, ANSI C82.4-2017, 2017.
[4]
Eletrotecnia. Pérdidas máximas en balastos, para
bombillas de alta intensidad de descarga, NTC
3657:1994, 2018.
[5]
D. O'Keefe y S. Eddy, “HID Lamps and Ballasts,”
Ottawa, 2010.
[6]
Ministerio de Energía y Minas de Colombia,
Reglamento Técnico de iluminación y alumbrado
público, Bogotá, 2010.
[7]
S. P. Cañar Olmedo, “Cálculo detallado de pérdidas
en sistemas eléctricos de distribución aplicado al
alimentador Universidad perteneciente a la Empresa
Eléctrica Ambato Regional Centro Norte S.A.,”
Quito: Escuela Politécnica Nacional, 2007.
Robinson A. Ayala López.-
nació en Tulcán, Ecuador el 11 de
diciembre de 1992. Actualmente es
estudiante de la Facultad de
Ingeniería Eléctrica de la Escuela
Politécnica Nacional. En el 2015
realizó pasantías en el proyecto de
la subestación eléctrica Posorja en
la empresa ElectricBright. Ha apoyado en proyectos de
sistemas de alumbrado público y distribución de energía
eléctrica en la Agencia Nacional de Regulación y Control
de Electricidad.
50
Ayala et al. / Metodología de cálculo de pérdidas de potencia y energía en el sistema de alumbrado sin medición
Patricia E. Otero Valladares.- es
Ingeniera en Electrónica y Control
de la Escuela Politécnica Nacional,
tiene una maestría en Ingeniería
Eléctrica y una en Administración
de Empresas, de la misma
institución. Ha desempeñado
cargos como: Gerente del Proyecto
de Electrificación Rural para Zonas Aisladas del
Ecuador, Jefe de Transacciones Comerciales de Energía
para la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable
y Saneamiento, Asesora en Energía Renovable y
Eficiencia Energética para la Empresa Eléctrica Quito.
Actualmente es profesora del Departamento de Energía
Eléctrica de la Escuela Politécnica Nacional.
Víctor E. Calle García.-
Ingeniero Eléctrico, de la
Universidad Politécnica Salesiana,
tiene un diplomado en Medición,
Control y Automatización de
Sistemas Eléctricos en Schneider
Electric, diplomado en Economía
de la Regulación de la Universidad
de San Andrés, Argentina; es especialista en
Administración de Empresas y cursa la Maestría de
Administración de Empresas en la Universidad Andina
Simón Bolívar, Sede Ecuador. Ha desempeñado cargos
como: Jefe de Control de Pérdidas en la Corporación
Nacional de Electricidad, Asesor Eléctrico en la
Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo,
especialista de planificación de los sistemas de
distribución en el Consejo Nacional de Electricidad.
Actualmente labora en la Agencia de Regulación y
Control de Electricidad, como especialista en
planificación de distribución y movilidad eléctrica.
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