Normas de seguridad para la iluminación solar en gasolineras de Norteamérica

Introducción: Consideraciones de seguridad para la iluminación de gasolineras

Las gasolineras están clasificadas como zonas con riesgo de inflamabilidad y explosión. Sus sistemas de iluminación deben cumplir con los requisitos de iluminación funcional y protección de seguridad . Según la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), las fallas del sistema eléctrico representaron el 34% de los incendios en gasolineras en Norteamérica entre 2018 y 2022, siendo las chispas y el sobrecalentamiento de los equipos de iluminación las principales causas. Si bien la iluminación solar ofrece ventajas de ahorro energético, sus sistemas de almacenamiento de energía en baterías , el cableado eléctrico y la disipación de calor de las fuentes de luz pueden suponer riesgos de seguridad si no se diseñan adecuadamente.

Este artículo explica sistemáticamente el marco normativo de seguridad , las especificaciones técnicas , los requisitos de instalación y los procedimientos de mantenimiento para la iluminación solar en gasolineras de Norteamérica. Ayuda a propietarios, contratistas y diseñadores a equilibrar la seguridad y la eficiencia energética, cumpliendo con normas oficiales como NFPA, OSHA y UL.

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1. Sistema de Normas de Seguridad para la Iluminación Solar de Gasolineras

1.1 Normas y reglamentos básicos

Los sistemas de iluminación solar para estaciones de servicio deben cumplir con las siguientes normas norteamericanas, que inciden directamente en el diseño del sistema:

Terminología clave explicada:

• Clasificación de Áreas Peligrosas (OSHA 1910.106): Las gasolineras suelen clasificarse como áreas de Clase I, División 2 (donde pueden existir vapores inflamables, pero normalmente no en concentraciones explosivas). Los equipos de iluminación deben cumplir con las clasificaciones de protección contra explosiones correspondientes (p. ej., UL 844 Clase I, División 2).
• Límites de temperatura de la superficie : según la norma NFPA 30, las temperaturas de la superficie de las luminarias deben ser inferiores a la temperatura de ignición de los materiales combustibles circundantes (la gasolina se enciende a 280 °C, por lo que las temperaturas de la superficie de las luminarias normalmente están limitadas a 135 °C o menos).

1.2 Actualizaciones estándar

• Revisión NFPA 30 de 2023 : Se agregaron las "Pautas de instalación de sistemas de energía renovable", que especifican los requisitos de distancia segura para paneles solares y baterías de almacenamiento de energía (al menos 15 pies de las áreas de los tanques).
• UL 844 7.ª edición : Se mejoraron los requisitos de prueba para el diseño de disipación de calor de las luminarias LED y se agregó una cláusula de "protección contra fugas térmicas" que requiere que los sistemas de almacenamiento de energía de batería tengan un corte automático por sobretemperatura.
• Título 24-2025 de California : Requiere que los sistemas de iluminación de las estaciones de servicio tengan un índice de eficacia de iluminación (LER) ≥2.0 y una contribución de energía solar ≥30%, promoviendo la integración de LED a prueba de explosiones de bajo consumo con energía solar.

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2. Especificaciones de diseño de seguridad para sistemas de iluminación solar en gasolineras

2.1 Requisitos de seguridad de la arquitectura del sistema

Los sistemas de iluminación solar de las gasolineras deben adoptar un diseño intrínsecamente seguro , con componentes básicos que incluyan luminarias a prueba de explosiones, controladores a prueba de llamas, baterías selladas de almacenamiento de energía y sistemas de puesta a tierra para protección contra rayos. Los requisitos específicos son los siguientes:

(1) Selección de fuente de luz y luminaria

• Clasificación a prueba de explosiones : Debe contar con la certificación UL 844 Clase I, División 2. Se recomiendan luminarias de seguridad aumentada (Ex e) o ignífugas (Ex d) . Se prohíben las luminarias abiertas comunes.
• Tipo de fuente de luz : Priorice las fuentes de luz LED por su baja temperatura superficial (≤90 °C), bajo consumo energético (60 % más eficiente que las lámparas de halogenuros metálicos) y ausencia de riesgo de rotura del filamento. Ejemplo: El LED Cree XLamp XP-G3 ofrece una eficacia de 130 lm/W a 30 W con una temperatura superficial de tan solo 75 °C.
• Diseño óptico : Las luminarias deben tener una distribución de luz direccional (por ejemplo, ángulo de haz tipo III) para evitar el deslumbramiento a los conductores (clasificación de deslumbramiento unificado UGR ≤22) y minimizar la contaminación lumínica (cumpliendo con los requisitos de la Dark Sky Association).

(2) Diseño de seguridad del sistema de almacenamiento de energía

• Tipo de batería : Las baterías de plomo-ácido están prohibidas debido al riesgo de fugas de electrolito. Se recomiendan las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) , con protección contra sobrecarga (OCV ≤3,65 V), sobredescarga (SOC ≥20 %) y cortocircuito.
• Ubicación de instalación : Las baterías de almacenamiento de energía deben instalarse en recintos a prueba de explosiones , ubicados a ≥3 metros de los surtidores de combustible y a ≥7,6 metros de los respiraderos de los tanques (según la norma NFPA 30). Ejemplo: Tesla Powerwall 2, con certificación UL 9540, puede utilizarse directamente en áreas de Clase I, División 2.
• Configuración de capacidad : Debe satisfacer las demandas de iluminación durante 5 días consecutivos nublados o lluviosos (basado en 12 horas de funcionamiento diario), con un margen de seguridad adicional del 20 %. Ejemplo: Una luminaria LED de 15 W consume 0,18 kWh al día, lo que requiere 0,9 kWh durante 5 días; configure una batería de 1,1 kWh (p. ej., un paquete de baterías LiFePO4 de 48 V/23 Ah).

(3) Especificaciones de instalación del módulo fotovoltaico (PV)

• Distancias seguras : Los bordes de los paneles solares deben estar a ≥5 pies de las paredes que delimitan las estaciones de servicio y a ≥3 pies de los techos de los edificios para evitar el sobrecalentamiento localizado por sombra (efecto de punto caliente).
• Inclinación y orientación : según datos del NREL, la inclinación óptima para la mayor parte de América del Norte (latitud 30°-45°N) es de 35°-40° , orientada hacia el sur verdadero para maximizar la generación (por ejemplo, la irradiancia anual de Arizona es de 6,5 kWh/m²/día, lo que aumenta la eficiencia fotovoltaica en un 12%).
• Resistencia estructural : Debe soportar cargas de viento ≥193 km/h (ASCE 7-16) y cargas de nieve ≥13,5 kg/m². Las estructuras de montaje deben ser de acero galvanizado en caliente (espesor ≥2 mm) para evitar la corrosión (se requiere un recubrimiento adicional de poliamida en zonas costeras).

2.2 Protección de seguridad eléctrica

(1) Sistema de puesta a tierra y protección contra rayos

• Resistencia de puesta a tierra : La resistencia de puesta a tierra del sistema debe ser ≤5 Ω (Artículo 250 del NEC). Utilice una red de puesta a tierra común (paneles fotovoltaicos, luminarias, electrodo de puesta a tierra de la batería). La sección transversal del conductor de puesta a tierra debe ser ≥10 AWG (cable de cobre).
• Protección contra sobretensiones : Instale dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de clase I/II en la salida del sistema fotovoltaico, la entrada del controlador y la entrada de alimentación de la luminaria. Tiempo de respuesta ≤25 ns, corriente de descarga máxima ≥20 kA (UL 1449, 4.ª edición). Ejemplo: Phoenix Contact VAL-MS 3000 SPD, apto para estaciones de servicio.

(2) Cableado y conexiones

• Tipo de cable : Utilice cable blindado (MC-HL) o conducto flexible antideflagrante . Temperatura de aislamiento ≥90 °C, tensión ≥600 V. Se prohíbe el uso de cables de PVC (propenso al envejecimiento y agrietamiento).
• Método de conexión : Todas las uniones deben utilizar conectores sellados a prueba de explosiones (certificados por UL 1203), con una longitud de conexión roscada de ≥5 vueltas para evitar fugas de chispas. Ejemplo: Conectores Appleton serie EXJ para áreas de Clase I, División 2.

(3) Sistema de control y monitoreo

• Apagado inteligente : el sistema debe tener una funcionalidad de apagado de emergencia remoto (EPO) , integrada con el sistema de protección contra incendios de la estación de servicio para cortar toda la energía de iluminación durante el incendio (tiempo de respuesta ≤100 ms).
• Monitoreo de Temperatura : Instale sensores de temperatura PT100 dentro de las carcasas de la batería y del controlador para monitoreo en tiempo real (temperatura de funcionamiento normal: -40 °C a +65 °C). Apagado automático si la temperatura excede los límites (p. ej., activar el ventilador a ≥55 °C, cortar la salida a ≥65 °C).

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3. Procedimientos de instalación y aceptación

3.1 Preparación previa a la construcción

• Aprobación de planos : Presentar planos de diseño detallados a la Autoridad local competente (AHJ) para su aprobación, incluyendo:
  • Diagrama de clasificación de áreas peligrosas (marcando los límites de Clase I, Div 1/2);
  • Diagrama de cableado del sistema (incluida la conexión a tierra, ubicaciones de SPD, especificaciones de cables);
  • Disposición de los equipos (ubicaciones de instalación y distancias seguras para paneles fotovoltaicos, luminarias, baterías).
• Requisitos de cualificación : El personal debe contar con certificación NEC (p. ej., Electricista Certificado) y estar familiarizado con la norma NFPA 30 y la norma OSHA 1910.106. La instalación de equipos a prueba de explosiones debe ser realizada por profesionales con certificación UL.

3.2 Pasos clave de instalación

(1) Construcción de cimientos

• Cimentación de la luminaria: Hormigón colado (resistencia C30, dimensiones 500 mm × 500 mm × 600 mm) con electrodo de tierra integrado (tubo de acero galvanizado de 20 mm de diámetro x 2,5 m). La parte superior de la cimentación se encuentra a 150 mm del suelo para evitar la acumulación de agua.
• Las cimentaciones para el montaje de sistemas fotovoltaicos requieren un estudio geotécnico y una capacidad portante ≥200 kPa. En suelos blandos, utilice cimentaciones con pilotes (p. ej., pilotes helicoidales de φ100 mm × 2 m) para evitar la deformación de los componentes por asentamiento.

(2) Instalación del equipo

• Altura de montaje de la luminaria: ≥4,5 m en surtidores de combustible para evitar impactos de vehículos; ≥6 m en zonas de depósito para una cobertura completa. Instalar con una inclinación de 5° para evitar la acumulación de agua en la superficie de la luminaria.
• Fijación de la caja de la batería: Utilice pernos de expansión (M12×100 mm) fijados a la cimentación de hormigón. Conecte firmemente el terminal de tierra de la caja a la rejilla de tierra (sección transversal de la barra de cobre ≥35 mm²).

3.3 Pruebas de aceptación

• Pruebas de seguridad eléctrica :
  • Prueba de resistencia de aislamiento: Resistencia de aislamiento de línea a tierra ≥100 MΩ (utilizando un megaohmímetro de 500 V);
  • Prueba de resistencia de puesta a tierra: medir utilizando el método de cuatro polos, resistencia de la rejilla de puesta a tierra ≤5Ω;
  • Prueba de rendimiento a prueba de explosiones: pasa la prueba de chispa UL 844 (aplica 1,5 veces el voltaje nominal durante 1 minuto, sin generación de chispas).
• Pruebas de rendimiento de iluminación :
  • Prueba de iluminancia: utilice un espectrorradiómetro (por ejemplo, Konica Minolta T-10A) para medir la iluminancia: ≥30 fc en dispensadores, ≥20 fc en áreas de tanques, ≥10 fc para pasarelas;
  • Prueba de deslumbramiento: Medir UGR, UGR ≤22 en áreas de abastecimiento de combustible, cumpliendo con IES RP-18.

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4. Mantenimiento y solución de problemas

4.1 Programa de mantenimiento de rutina

4.2 Solución de problemas comunes

(1) Luminaria que no enciende

• Pasos para la solución de problemas :
  • Verifique el voltaje de salida del controlador (normalmente 48 V CC); si es 0 V, es posible que la batería esté sobrecargada o que la protección del BMS esté presente.
  • Mida el voltaje de entrada de la luminaria; si es normal (por ejemplo, 24 V CC), es probable que el controlador LED esté defectuoso, reemplácelo (recomendado: controlador Mean Well LDD-30H, certificado por UL 844);
  • Si el voltaje es anormal, verifique si hay conexiones de cables sueltas u oxidadas (limpie la oxidación con papel de lija y vuelva a apretar).

(2) Hinchazón de la batería

• Causa : Sobrecarga (fallo del cargador) o temperatura excesiva (ambiente >65°C);
• Solución : Desactive y reemplace inmediatamente la batería; verifique la protección contra sobrecarga del BMS (establezca el voltaje de corte de carga en 48 V ± 0,5 V); agregue orificios de ventilación al compartimento de la batería (≥10 orificios por m², diámetro ≥10 mm).

(3) Reducción de la producción del panel fotovoltaico

• Pasos para la solución de problemas :

1. 1. Verifique la limpieza de la superficie (la eficiencia cae un 15% si la cobertura de polvo es >20%), programe la limpieza;
   2. Utilice una cámara termográfica infrarroja (por ejemplo, FLIR E60); si hay puntos calientes (temperatura local >70 °C), posibles microfisuras en las celdas, reemplace el panel;
   3. Verifique los diodos de la caja de conexiones; reemplácelos si están en cortocircuito (recomendado: diodo Schottky, caída de voltaje directo ≤0,5 V).

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5. Casos prácticos: Iluminación solar en gasolineras de Norteamérica

5.1 Caso 1: Modernización de una gasolinera en Los Ángeles, California

• Antecedentes : Modernización de una gasolinera Shell en 2023, reemplazando el sistema tradicional de halogenuros metálicos por iluminación solar a prueba de explosiones. Superficie: 5000 m², incluyendo 6 surtidores de combustible, 2 zonas de tanques y 1 pasarela.
• Configuración del sistema :
  • Luminarias: 15 LED a prueba de explosiones certificados UL 844 (15 W, blanco cálido 3000 K, IP66);
  • Sistema fotovoltaico: conjunto de 2,4 kW (12 paneles monocristalinos de 200 W, inclinación de 35°, orientación sur);
  • Almacenamiento de energía: Batería LiFePO4 de 5 kWh (UL 9540), con controlador MPPT (98% de eficiencia).
• Datos de rendimiento :
  • Generación anual: 3600 kWh, superando la demanda de iluminación (1800 kWh/año), el exceso se devuelve a la red de la central;
  • Ahorro de energía: ahorro anual de $2,160 (tarifa comercial de CA: $0,30/kWh), recuperación de la inversión en 4,8 años;
  • Certificación de seguridad: Pasó la inspección NFPA 30 y OSHA 1910.106, cero incidentes de seguridad.

5.2 Caso 2: Mejora de la protección contra rayos en una gasolinera de Houston, Texas

• Problema : Después del huracán Ida (2022), un rayo dañó el sistema de iluminación solar: 3 luminarias y 1 controlador fallaron.
• Solución :
  • Actualización de SPD: se instaló DEHNguard DG M TT 20 kA SPD (tiempo de respuesta 25 ns);
  • Optimización de la conexión a tierra: Se amplió la rejilla de conexión a tierra (se agregaron 6 electrodos de 2,5 m, espaciado de 5 m), se utilizó un agente reductor para reducir la resistencia de 8 Ω a 4 Ω;
  • Protección de paneles fotovoltaicos: se agregaron pararrayos a los marcos de los módulos (ángulo de protección ≤45°), conductor de bajada de cable de cobre de 50 mm².
• Resultado : El sistema experimentó 3 impactos de rayos durante la temporada de lluvias de 2023 (junio-septiembre) sin daños, luminarias operativas.

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6. Herramientas y recursos de cumplimiento

6.1 Herramientas de referencia estándar

• Base de datos en línea de NFPA 30 : https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=30
• Verificación de certificación UL : https://iq.ul.com/ (ingrese el modelo del producto para verificar la clasificación a prueba de explosiones y el estado de la certificación)
• Guía de clasificación de áreas peligrosas de OSHA : https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.106

6.2 Herramientas de asistencia al diseño

• Calculadora de PVWatts de NREL : https://pvwatts.nrel.gov/ (calcule la generación de energía fotovoltaica ingresando la ubicación y los parámetros de los componentes);
• Software de diseño de iluminación IES : Dialux Evo (simula la distribución de la iluminancia, genera planes de iluminación compatibles con IES RP-18);
• Calculadora de espaciamiento a prueba de explosiones : Calculadora de áreas peligrosas NFPA 30 (calcula automáticamente las distancias seguras de las áreas peligrosas).

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Conclusión

Las normas de seguridad para la iluminación solar de gasolineras representan la integración de especificaciones técnicas y aplicación práctica . El estricto cumplimiento de NFPA, OSHA, UL y otras normas reconocidas es esencial, con una gestión de riesgos integral durante el diseño, la instalación y el mantenimiento del sistema. Mediante la selección de componentes certificados a prueba de explosiones , la optimización de los sistemas de puesta a tierra y protección contra rayos , y la implementación de programas de mantenimiento periódicos , las gasolineras pueden lograr un ahorro energético de entre el 30 % y el 50 %, garantizando al mismo tiempo la seguridad.

La supervisión regulatoria de la seguridad en las gasolineras en América del Norte es cada vez más estricta (por ejemplo, California exige iluminación de energía renovable 100 % a prueba de explosiones para las nuevas estaciones a partir de 2025). Dominar las normas de seguridad y las soluciones técnicas descritas aquí ayudará a las empresas a aprovechar las oportunidades del mercado y a forjar una reputación profesional, manteniendo el cumplimiento normativo.

Referencias:

1. Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), NFPA 30: Código de líquidos inflamables y combustibles , edición 2023.
2. Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA), 29 CFR 1910.106: Líquidos inflamables , 2022.
3. Underwriters Laboratories (UL), UL 844: Norma para luminarias para uso en ubicaciones peligrosas (clasificadas) , séptima edición.
4. Sociedad de Ingeniería de Iluminación (IES), * RP-18: Práctica recomendada para iluminación de carreteras y áreas * , 2018.
5. Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), Datos de recursos solares para los Estados Unidos , 2023.