Luz solar en túneles: el ingenioso sistema español que revolucionará la red de carreteras

El coste para las arcas de distintas administraciones es bastante más abultado, si se tienen en cuenta los túneles urbanos y los gastos asociados al mantenimiento, la sustitución o el cableado del alumbrado público. Antonio Peña García, catedrático del departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Granada, lleva años estudiando cómo reducir esa factura, que en el caso de los túneles más largos sería cercano al millón de euros anuales. "Son cifras mareantes y no sólo habría que tener en cuenta únicamente el consumo eléctrico, sino todos los demás factores, como su enorme impacto sobre las materias primas o las emisiones", explica en conversación con EL ESPAÑOL-Omicrono.

Por eso, la investigación del profesor Peña, codo con codo junto al catedrático José María Cabeza Laínez, de la Universidad de Sevilla, se ha centrado en proponer una solución que propiciaría un ahorro energético superior al 40%. Eso ha cristalizado en la publicación de un artículo en la revista Tunnelling and Underground Space Technology. La propuesta implicaría leves modificaciones en los túneles ya existentes y se basa en tres elementos: colectores solares colocados en el exterior del túnel capaces de captar la luz, tubos con espejos encargados de dirigirla y una bóveda reflectante. Esta sería la encargada de proporcionar una iluminación uniforme, sobre todo en los primeros 100 metros del túnel, en los que el ojo humano tiene que adaptarse rápidamente a un entorno más oscuro.

Inyectar luz en la oscuridad

En el grupo de investigación dirigido por Antonio Peña García llevan muchos años indagando en distintas estrategias para reducir el consumo de las instalaciones de alumbrado de los túneles. Esta disminución, si es efectiva, "no sólo se traduciría en un menor consumo energético, sino también en la necesidad de un menor número de proyectores encargados de alumbrar, que pueden contarse por cientos en los túneles más largos", señala. 

El problema de fondo es la necesidad del ojo humano de adaptarse en un breve espacio de tiempo a la diferencia entre las condiciones lumínicas del exterior y el interior del túnel, que además es uno de los lugares más delicados en cuanto a los accidentes de tráfico. Cuando nos aproximamos a un túnel de día en una carretera despejada, primero se produce el llamado efecto del agujero negro, que impide ver apenas nada del interior.

Túnel en una carretera española iStock Omicrono

Si esa transición entre el exterior y el interior es demasiado rápida y hay una gran diferencia de luminancia, el conductor puede sufrir una ceguera momentánea o visión borrosa hasta que la vista se adapta a la nueva situación. Eso se corrige con un gran esfuerzo de alumbrado -y por tanto, un gran gasto de energía- sobre todo al inicio del túnel y en las horas más luminosas del día, que va disminuyendo paulatinamente según desciende la luz exterior y no es tan necesario en la salida.

A lo largo de la última década, los ingenieros de la Universidad de Granada han estudiado a fondo distintas opciones para favorecer el ahorro. "Por una parte, disminuir la necesidad de luz, que se consigue reduciendo la luminosidad ambiente cuando el conductor se acerca al túnel. Esto se puede hacer colocando árboles en ambos lados de la carretera antes de los túneles, por ejemplo, o construyendo estructuras que reduzcan progresivamente el paso de la luz". Sin embargo, tras muchos años de estudio, la conclusión es clara: "la opción más viable a nivel logístico y económico es la de introducir la luz solar dentro de los túneles". 

Inyección de luz solar mediante sistema óptico acoplado basado en tierra Elsevier Omicrono

Las primeras propuestas en las que estuvieron trabajando, que consistían en instalar tubos solares en la parte superior de la bóveda, se toparon con un grave problema: requerían modificar el gálibo, o lo que es lo mismo, la altura de los túneles, al menos en un metro. Una estrategia definitivamente desechada por su altísimo coste y por la dificultad para aplicarla en todos los túneles de la red de carreteras. 

Mientras tanto, Peña había ideado un sistema para inyectar luz en los túneles con estructuras tipo periscopio o lumiductos en el suelo, pero le hacía falta una manera de distribuir la luz de modo uniforme, "para que desaparezcan el efecto cebra y el efecto flicker en los túneles, que pueden ser muy molestos y peligrosos para los conductores". 

Exterior de un túnel iStock Omicrono

Cuando no parecía haber alternativa, el azar cumplió con su parte. Así, en una conversación casual entre el propio Peña y el profesor José María Cabeza Laínez, surgió la chispa. "Me contó que había diseñado una superficie que se podía utilizar como bóveda en los túneles. Recuerdo que le pregunté, '¿esa superficie, aparte de sus propiedades estructurales, podría reflejar la luz hacia abajo con la forma adecuada?'. 'Por supuesto que sí', me dijo".

Tras una serie de cálculos y modificaciones geométricas, utilizaron todos los elementos para llevar a cabo unas simulaciones para saber cómo funcionarían ambos sistemas de manera combinada. Los resultados fueron de lo más satisfactorio, "con un ahorro energético muy considerable, en algunos casos superior al 40%", indica Peña. Además, con este sistema no habría que tocar el gálibo y sería aplicable a los túneles ya construidos.

Los investigadores de la UGR Antonio Peña y Juan Carlos López Universidad de Granada Omicrono

"Sólo habría que fijar esta estructura casi como un postizo a la bóveda de hormigón del túnel, algo bastante sencillo. La otra parte del sistema, los lumiductos con unos juegos de lentes en su interior, podrían enterrarse fácilmente o incluso instalarse en la superficie de los arcenes sin enterrarlos. Por eso, el retorno de la inversión sería muy rápido".

Ahora, los responsables de esta investigación están trabajando en instalar una prueba de concepto en algún lugar de España. "Queremos presentarlo a diversas administraciones para ver si, en un momento dado, se nos puede ceder alguna infraestructura que esté abandonada para poder hacer las pruebas sin riesgo".

Otros proyectos

En España, concretamente en Murcia, ya existen dos túneles en los que se ha intentado introducir luz solar a través de pérgolas, una de hormigón y otra metálica. "Son estrategias de desplazamiento de la zona de umbral, que sirven para que el ojo humano se acostumbre más paulatinamente al túnel. Nosotros también hemos trabajado en este tipo de sistemas, pero no ofrecen tantas ventajas como nuestra propuesta actual".

De momento, el proyecto de inyección solar más eficiente es el túnel de Huashuyan, en China, construido en 2013. "En la publicación científica que realizaron sus responsables en 2015 citaban nuestro trabajo en la Universidad de Granada", recuerda Peña. Y es que el plan chino se basaba en un sistema de distribución de luz solar con lumiductos de fibra óptica situados en la parte superior. 

Túnel de Huashuyan (China) International Journal of Photoenergy Omicrono

En cualquier caso, el objetivo de la investigación es reducir al máximo el gasto del alumbrado y su mantenimiento. Raquel Sánchez, ministra de Transportes, anunció en octubre de 2022 una inversión de 510 millones dirigida a disminuir esta partida presupuestaria al 50% de aquí a 2028. De ese dinero, 330 millones irán dirigidos precisamente a mejoras en los túneles, donde se plantea sustituir las luminarias de vapor de sodio de alta presión por bombillas LED. El otro foco de este esfuerzo se centraría en sistemas de gestión inteligente, que adapten el alumbrado a la afluencia de vehículos en las carreteras.  

Más allá de los túneles, la introducción de luz solar en espacios interiores con distintos artilugios viene de muy lejos y, actualmente se utiliza en los ámbitos de lo más diverso, incluidas todo tipo de viviendas. "Por ejemplo, en Brasil, en las favelas de los barrios más pobres, cogen botellas de plástico cortadas, las llenan de agua y eso ayuda a difundir la luz en los espacios interiores", afirma Peña.

Heliostato a tamaño real Luis Manuel Fernández, Universidad de Córdob Omicrono

En España, investigaciones recientes también utilizan sistemas para bajar la factura de la luz usando el sol y sin instalar placas. en la parte superior de su estructura, que le ha permitido dejar de ser un centro de estudios oscuro y consumir menos electricidad. Un dispositivo compuesto por un sistema de espejos (heliostato) automatizado, es el que se encarga de 'inyectar' la luz solar dentro de las aulas.

Los investigadores cordobeses aseguran que su invento se podría poner en otros edificios sin necesidad de usar claraboyas en el techo, como en este caso. El heliostato se podría colocar frente a las ventanas de una vivienda para llevar más luz a las zonas más oscuras. Solo sería necesario contar con espacio disponible enfrente de la fachada. 

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