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  • 1. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS Ingeniería en telemática SEMINARIO DE INVESTIGACION 1Ahorro de Energía Eléctrica en Semáforos Automovilísticos Mario Alberto Atilano Trejo DR. Joel Gutiérrez lozano Página 1 de 23 Cd. Victoria Tamaulipas México 07/DIC/ 2011
  • 2. ÍndiceI. Introducción……………………………………………….. ………………………….…..03II. Planteamiento del problema………………………………………….………….. 04III. Antecedentes……………………………………………………..……………………… 05IV. Objetivos e Hipótesis……………………………………..………………………….. 12V. Materiales y métodos…………………………………..……………………………. 13VI. Bibliografía……………………………………………..…………………………………. 16VII. Anexos…………………………………………….…………………………………………18 Página 2 de 23
  • 3. I.- INTRODUCCIONCon la importancia de buscar fuentes alternativas de energía hoy en día en los procesoscotidianos, este proyecto de seminario de investigación tiene como propósito crear uncircuito el cual alterne la energía solar de un panel solar y la energía eléctrica que alimentaun semáforo automovilísticos de cd. Victoria Tamaulipas México, esto se pretende teneruna fuente mixta de energía para el funcionamiento del semáforo, el cual permitiráaprovechar al máximo una fuente de energía natural como la es sol mediante panelessolares y el uso de energía eléctrica en un futuro.Se realizara el circuito y se simulara a escala un circuito base de un semáforo paracomparar el consumo de energía y el funcionamiento del semáforo con el circuito encuestión.Aun con el alcance de los paneles solares como fuente de energía hoy en día, no sepretende sustituir el consumo de energía eléctrica en los semáforos de cd. Victoria,considerando las limitaciones y bondades de la energía solar con respecto a los cambiosclimatológicos de cd. victoria , se pretende tener dos fuentes directas de energía tanto laenergía solar y la energía eléctrica para el funcionamiento del semáforo dando comoresultado un ahorro económico para la sociedad y un menor impacto ambiental al utilizarenergía natural como lo es la energía solar mediante paneles solares. Página 3 de 23
  • 4. II.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAHoy en día se cuenta con diferentes tecnologías usadas para el ahorro de energía en lossemáforosautomovilísticos en muchos partes del mundo, supliendo los componentes dellos mismo, hasta usar al 100% los paneles solares para su funcionamiento. Esto es unaalternativa 100% sustentable más aun el costo elevado de cambiar toda la infraestructurade los semáforos ya establecidos es un punto importante para buscar algunas alternativas,es ahí el propósito de esta investigación el cual busca aminorar el impacto social,Ambiental y económico de los mismos usando la infraestructura ya establecida enconjunto con un dispositivo generado con el proyecto a realizar.En Cd. Victoria Se cuenta con 114 sistemas de Semáforos desde semáforos destelladoresy cruceros con diferentes usando Leds, focos incandescentes y flechas de led condiferentes consumos de energía cada uno, mas es importante destacar que aun en Cd.Victoria todos los sistemas son alimentados por energía Eléctrica y no existe ningún conun panel solar como fuente de energía.El funcionamiento de semáforo con fuente de energía mixta (Panel Solar/energíaeléctrica) basado en un panel solar y el circuito el cual alternara las dos fuentes de energíaarrojara como resultado el ahorro de energía eléctrica lo cual se proyectara en el ámbitosocial, económico de la ciudad. Página 4 de 23
  • 5. III.ANTECEDENTESEn ciudad victoria Tamaulipas Existen 114 sistemas de semáforos (destelladores ycruceros) automovilísticos los cuales siguen con focos incandescente los cuales se estaráncambiando por iluminación de LEDSLos cuales consumen diferente cantidad de energía eléctrica:Focos Incandescentes 69 wattsLEDS 12 WATTSFechas de LED 8 watts y medioManejados con circuitos controladores C-26,C-28 Y C-200Por el momento no existen antecedentes de semáforos con dos fuentes para sufuncionamiento como lo es la energía solar y la energía convencional, mas existen caso enel ámbito de la energía solar como lo sonAlumbrado público solarLas lámparas solares, también conocidas como: luminarias solares, Faroles solares,reflectores solares, postes solares; utilizan la energía solar fotovoltaica para proveer unafuente de energía limpia, gratuita, disponible en el sitio, para sistemas de alumbradopúblico, que con el adecuado mantenimiento y diseño correcto proveen iluminaciónconfiable y gratuita por muchos años.Una luminaria solar contiene básicamente tres elementos: el panel solar que transformalos rayos solares en electricidad, el sistema de almacenamiento y control que almacena laenergía y regula su uso y por último el sistema de iluminación que dependiendo de losrequerimientos se opta por tecnología de diodos emisores de luz (LEDS), inducción Página 5 de 23
  • 6. magnética ó vapor de sodio de baja presión. Las luminarias solares son sistemas unitariosindependientes, diseñados para operar de manera autónoma al 100%, el panelfotovoltaico se integra al poste, normalmente en su punta, las baterías y el sistema decontrol se alojan en un gabinete adosado al poste. La luminaria en si es la unidadcompleta de iluminación y consiste del foco, balastro, reflector - difusor y carcasa.Calentadores solares para albercasLa problemática de las calderas especiales, la contaminación y el enorme costo para elcalentamiento del agua de albercas, actualmente motiva a los propietarios a instalar unsistema amigable con el medio ambiente y disfrutar del confort y exclusividad con cerocosto de energía.Beneficios• Alto Rendimiento.• Amortización menor a un año.• Confortable.• Estético.• Ecotécnico (Tecnología amigable con el medio ambiente).Calentadores solares para el hogar (reducir el consumo de gas o electricidad)Los sistemas térmicos solaresLos sistemas térmicos solares funcionan de forma diferente a los sistemas tradicionales, elagua ya no pasa dentro del panel, evitando oxidación, corrosión, sedimentación, bloqueoen las tuberías y se elimina el mantenimiento con químicos. Es un circuito cerrado de un Página 6 de 23
  • 7. fluido de transferencia de calor donde la tubería pasa dentro del panel y del termo-tanquede agua de agua, haciendo ahí unaTransferencia de calor.A diferencia de los sistemas tradicionales que solo funcionan con el calor directo del sol, elpanel cuenta con unas láminas de absorción con recubrimiento selectivo de níquelcoloidal que absorben la radiación solar y la transforman en energía calorífica hasta en un96%. Por las características de los materiales y el funcionamiento del sistemaprácticamente se elimina el mantenimiento. Cuenta con un sistema de controlautomatizado mediante un controlador digital diseñado específicamente para sistemassolares. El sistema se puede integrar a tu equipo de calefacción de agua existente y escompatible con todo tipo de calderas y boilers. También puede ser instalado de formaindependiente de cualquier calefacción auxiliar.Venta de calentadores solares con garantía por escrito ahorre el consumo de gas hasta enun 80% para su hogar o negocio empresa albercas hoteles el calentador solar es unsistema capaz de calentar el agua transformando la energía solar en energía térmica estaintegrado por el colector solar termo tanque y la estructura de soportePaneles solares para lugares sin luz (autocontenidos)Las instalaciones fotovoltaicas independientes sin conexión a red son apropiadas paralugares donde no hay red eléctrica (porque el área está muy alejada de las centraleseléctricas), la red eléctrica no es fiable (por los posibles cortes de energía ante unaemergencia), o la conexión a la red es demasiado cara (debido al precio de la extensión delas líneas). Los sistemas fotovoltaicos independientes también son excelentes si nonecesitas mucha energía.Las instalaciones de energía solar más sencillas son las que generan electricidad continua,que puede ser utilizada en el momento, por lo que no son necesarios el cableado,almacenamiento y los sistemas de control. Estas instalaciones fotovoltaicas sencillas sonmuy fáciles de instalar y transportar. Página 7 de 23
  • 8. Panel solar sin conexión eléctricaPaneles solares para interconexión con red eléctricaLas instalaciones de interconexión a red residencial, comercial e industrial, son sistemasdiseñados para interactuar con la red eléctrica convencional de CFE ó LFC, inyectando laenergía producida por medio del arreglo fotovoltaico durante el día y tomandoelectricidad de ella durante la noche o periodos de baja insolación, los principalescomponentes del sistema son:Módulo Fotovoltaico: Transforma las luz solar en energía eléctrica de corriente continua.Durante el día sí el equipo solar fotovoltaico interconectado a red, genera la mismacantidad de energía eléctrica que se consume, no se realiza ningún consumo de la redeléctrica convencional. Por el contrario, si el consumo eléctrico es mayor que la capacidadinstalada en el equipo solar de interconexión a red, la red eléctrica convencional (CFE yLFC), provee de la energía eléctrica faltante. Si la instalación consume menos energíaeléctrica que la que el equipo de energía solar de interconexión a red está generando, elexcedente es inyectado a la red eléctrica convencional.Inversores de red: Los inversores de corriente para sistemas de interconexión interactúancon la red eléctrica normal (CFE ó LFC), transformando la corriente continua generada porel panel fotovoltaico en corriente alterna, su sistema de microprocesadores y suelectrónica de potencia se encargan de garantizar una curva senoidal con una mínimadistorsión armónica, así como el seguimiento del punto de máxima potencia (MPP),permiten la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica en caso de Página 8 de 23
  • 9. pérdida de tensión o frecuencia de la red, garantizando la seguridad para el personal demantenimiento y el propio usuario.Inversores IInversoresIluminación ecológica con LEDSEsta iluminación es por medio de LEDs, los cuales son dispositivos basados en nuevastecnologías que se utilizan en hogares, oficinas, industrias y espacios públicos. Su principalventaja es que tienen un periodo de vida mucho mayor a los focos convencionales y suconsumo de electricidad es notablemente menor.Sistemas eólicos / energía eólicaEl término energía eólica describe el proceso por el cual el viento se utiliza para generarenergía mecánica o electricidad. Las turbinas eólicas convierten la energía cinética delviento en energía mecánica. Esta energía mecánica se puede utilizar para tareasespecíficas (como bombear agua) o un generador puede convertir esta energía mecánicaen electricidad. Página 9 de 23
  • 10. Existen muchos métodos de obtener energía de forma alternativa a la tradicional yen las cuales son empleados hoy en día.Se tiene ya referencia de Lugares implementando paneles solares para generarenergía para diferentes labores cotidianas.En un pueblo de la tercera región, llamado El Salado, localizado como a 90 Kms al interiorde Chañaral, camino al mineral de El Salvador, se están implementando semáforosalimentados con paneles solares. Véase en imagen 1 Imagen 1 “semáforos alimentados con paneles solares”En México también se está implementando estas tecnologías directamente en lossemáforosLos equipos se utilizan con éxito en algunas calles de Pachuca y Progreso de Obregón,Hidalgo, entidad donde ya operan semáforos mediante plantas con turbinas eólicas yceldas solares que sustituyen a las tradicionales plantas eléctricas, cuyo funcionamiento sebasa en la quema de carbón.Hidalgo, Semáforos funcionan con energía solarPachuca, Hidalgo.- Hidalgo es pionero en el aprovechamiento de la energía solar y del airepara sustituir las fuentes convencionales de electricidad.A iniciativa del gobernador Miguel Osorio, ya funcionan los primeros equipos en Pachuca yen el Valle del Mezquital.Poca gente sabe que los semáforos ubicados en el cruce de Jaime Nunó y Río de lasAvenidas operan con base en fotoceldas solares y dinamos movidos por viento.Las luces de "alto" y "siga" no están conectadas a la red de electricidad por cables. Sonalimentadas con turbinas eólicas y celdas solares.Esto forma parte de una nueva generación de semáforos que operan con energía limpia yque, por tanto, promueven una tecnología ecológica, expresó la secretaria de ObrasPúblicas del Gobierno Estatal, Paula Hernández Olmos. Página 10 de 23
  • 11. El gobernador Miguel Osorio tiene amplio interés en impulsar ese tipo de proyectossustentables que aunque implican fuertes inversiones iniciales, representan una ventajafinanciera a largo plazo que abre el precedente de la nueva energía limpia, la cual nogenera contaminantes, expresó la funcionaria.En el DF, se espera que próximamente se instalen estos semáforos en la DelegaciónMiguel Hidalgo. Diversos fraccionamientos, estacionamientos de carga en Guadalajara yMonterrey, así como una asociación hotelera en la Ciudad de México, han adoptadosemáforos ecológicos en una versión más pequeña, especial para ese tipo de lugaresvéase Imagen 2. Imagen 2 “Operan semáforos con energía limpia” Página 11 de 23
  • 12. IV. Objetivo e HipótesisObjetivoDesarrollar un circuito para Reducir el consumo de energía eléctrica en Semáforosautomovilísticos de Cd.Victoria TamaulipasHipótesis-Mediante la utilización de un circuito en base a un panel solar se reducirá el consumo deEnergía Eléctrica en los semáforos automovilísticos- La utilización de este tipo de tecnología reducirá el impacto Ambiental y económico de laciudad al consumir menos energía eléctrica en el funcionamiento de los semáforos. Página 12 de 23
  • 13. V. Materiales y MétodosMateriales-Panel Solar: Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solarOPAMP TL084: comparador de nivel de voltaje-MOSFET R640: Swith Página 13 de 23
  • 14. Proteus 7 Professional: programa para el diseño y simulación de circuitoselectrónicosMétodosSe usara un Panel solar de 10 watts para alimentar el circuito realizado el cual tendrádirectamente conectado un comparador de voltaje TL084 con referencia de voltaje con elque maneje, el circuito del sistema de semáforo para su funcionamiento,que estaráalimentando directamente al semáforo y estará con otro comparador de voltaje inversoel cual estará abierto hacia el circuito del semáforo como referencia. Con un RB40 el cualservirá de Swith cuando el voltaje de referencia no se llegue del panel solar ingrese elvoltaje directo del circuito del semáforo. Página 14 de 23
  • 15. Página 15 de 23
  • 16. VI. BibliografíaSalgado R. C (2011) Semáforos alimentados con energía solar.Recuperado el 4 Agosto2008, Del sitio Web Regio 4: http://www.region15.cl/pwnz/1020(2011)Soluciones para reducir consumo eléctrico y de combustibles. Recuperado el 13 deabril 2011, Del sitio Paneles solares:http://www.panelessolares.com.mx/(2011) Operan semáforos con energía limpia. Recuperado el 14 de enero 2008, Del sitioUniversia Noticias México:http://noticias.universia.net.mx/ciencia-nn-tt/noticia/2008/01/14/26481/operan-semaforos-energia-limpia.html-Cristian (19/10/2009) ¿Como construir un panel solar? Recuperado Del sitio Web :http://elblogverde.com/como-construir-un-panel-solar/ (2011 ,04 noviembre)-Panel solar -(2011 ,13 nov) RecuperadoDel sitio Web : (2011 ,6 noviembre)http://es.wikipedia.org/wiki/Panel_solar-TL084 Quad JFET Input Op Amp (TI)RecuperadoDel sitio Web : (2011 ,10 noviembre)-(2011)Alumbrado público solar, recuperado el 02 de diciembre del sitioweb:http://www.alternativaenergetica.com.mx/luminarias-solares-alumbrado-publico.htmlhttp://www.goldmine-elec-products.com/prodinfo.asp?number=G15104-IRF640 RecuperadoDel sitio Web:(2011 ,08 noviembre)http://www.alibaba.com/product-gs/337988213/IRF640_Power_MOSFET_IR.htmlSAECSA recuperado del sitio http://www.saecsaenergiasolar.com/alberca/ (2011,28noviembre)Calentadores para hogar, negocio o empresa recuperados delsitio:http://almoloya.olx.com.mx/calentadores-solares-para-su-hogar-negocio-empresa-iid-127303709 (2011,15 noviembre)Energía solar fotovoltaica sin conexión a la red eléctrica recuperado del sitio:http://www.energy-spain.com/energia-solar/fv-sin-conexion-a-red (2011,18 noviembre) Página 16 de 23
  • 17. Energía eólica en Alicante recuperado del sitio: http://www.energy-spain.com/energia-eolica (2011,26 noviembre)16 de enero de 2008HidalgoSemáforos funcionan con energía solar recuperado delsitio:http://www.oem.com.mx/elsoldehidalgo/notas/n560239.htm (2011,01 diciembre)Val Escobedo, Resumen Precios Paneles Solares recuperado delsitio:http://www.dforceblog.com/2008/10/14/resumen-precios-paneles-solares/ (2011,29noviembre) Página 17 de 23
  • 18. VII. AnexosGlosario:Panel solar: Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. Eltérmino comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente(usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.Energía Solar: La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y elcalor emitidos por el Sol.LED: Un led"diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodosemiconductorque emite luz.lámpara incandescente :Una lámpara incandescente es un dispositivo que produce luzmediante el calentamiento par efecto Joule de un filamento metálico, en la actualidadwolframio, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica.IMÁGENES PANELES SOLARES:IMÁGENES DE SEMAFOROS CON PANELES SOLARES: Página 18 de 23
  • 19. Diagramas de Componentes Página 19 de 23
  • 20. Página 20 de 23
  • 21. Contrato de interconexión a redEl miércoles 27 de Junio de 2007 se publicó en el diario oficial de la federación la resolución No.RES/176/2007, por la que se aprueba el modelo de contrato de interconexión para fuentes de energía solaren pequeña escala. En dicho documento se define que:Una Fuente de Energía Solar en Pequeña Escala es la que utiliza como energético primario la energía solar.El Generador: es la persona física o moral que cuente con un equipo de generación eléctrica con Fuente deEnergía Solar en Pequeña Escala.El suministrador: son los organismos públicos descentralizados Luz y Fuerza del centro y la Comisión Federalde ElectricidadEste contrato de interconexión es aplicable a todos los Generadores con Fuente de Energía Solar enPequeña Escala con capacidad hasta de 30 kW, que se interconectan a la red eléctrica del suministrador entensiones inferiores a 1 kV, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energíaa sus cargas. La potencia máxima a instalar dependerá del tipo de servicio, y no podrá ser mayor a losiguiente:Para usuarios con servicio de uso residencial: hasta 10 kWPara usuarios con servicio de uso general en baja tensión: hasta 30 kWLa inversión necesaria para la construcción de las instalaciones o equipos que técnicamente sean necesarios,así como, los medidores bi-direccionales y equipos de medición utilizados para medir la energía entregadapor el Generador al Suministrador y la que entregue el Suministrador al Generador, estarán a cargo delGenerador. Asimismo, será a cargo del Generador cualquier modificación que sea necesario realizar a las Página 21 de 23
  • 22. instalaciones existentes para lograr la interconexión, mismas que, en su caso, realizará bajo la supervisióndel Suministrador y previa autorización de éste.Para fines de facturación, el consumo de kWh del Generador, se determinará como la diferencia entre laenergía eléctrica entregada por el Suministrador y la entregada por el Generador al Suministrador. Cuandola diferencia sea negativa, se considerará como un crédito a favor del Generador que podrá ser compensadodentro del periodo de 12 meses siguientes. De no efectuarse la compensación en ese periodo, el créditoserá cancelado y el Generador renuncia a cualquier pago por este concepto. Cuando la diferencia seapositiva, se considerará como un crédito a favor del Suministrador y se facturará en la tarifa aplicableCostos:Por ejemplo para una casa de 350 KWH/mes:1) 350/30 días=11.62) 11.6/5 horas de sol (este dato puede variar y depende de la locación donde se instalaranlos paneles solares) =2.33) 2.3 + 20% de perdidas =2.764) 2.76 x 1000=27605) 2700 x $9= $24300 Aproximadamente, y el retorno de la inversión pude ser entre 15 y 25año.En caso de que los precios te parezcan razonables o tengas el dinero para hacerlo, lo másrecomendable es hablar a las empresas solares para que te hagan un presupuesto exactoa tus necesidades.• Paquete completo para casa que prodice 2,400 watts por día aproximadamente 78,960pesos. (con instalación)• Kit que produce hasta 127 kwh por bimestre o 2740 watts al día 69,521 pesos (sininstalar)• Panel solar de 20 watts 2,000 pesos• Panel solar de 150 watts 12,000 pesos• Panel solar de 40 watts 2,600 pesos Página 22 de 23
  • 23. • Paquete de 350 watts diarios 11,500 pesos. Con este paquete puedes usar unaradiograbadora por 3 horas + una televisión a color por 3 horas + 4 focos de 15 watts por 3horas. Página 23 de 23