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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE TAMAULIPAS

FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS

Ingeniería en telemática

SEMINARIO DE INVESTIGACION 1

Ahorro de Energía Eléctrica en Semáforos Automovilísticos

Mario Alberto Atilano Trejo

DR. Joel Gutiérrez lozano

Cd. Victoria Tamaulipas México 07/DIC/ 2011

Índice

I. Introducción……………………………………………….. ………………………….…..03II. Planteamiento del problema………………………………………….………….. 04III. Antecedentes……………………………………………………..……………………… 05IV. Objetivos e Hipótesis……………………………………..………………………….. 12V. Materiales y métodos…………………………………..……………………………. 13VI. Bibliografía……………………………………………..…………………………………. 16VII. Anexos…………………………………………….………………………………………… 18

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I.- INTRODUCCION

Con la importancia de buscar fuentes alternativas de energía hoy en día en los procesos cotidianos, este proyecto de seminario de investigación tiene como propósito crear un circuito el cual alterne la energía solar de un panel solar y la energía eléctrica que alimenta un semáforo automovilísticos de cd. Victoria Tamaulipas México, esto se pretende tener una fuente mixta de energía para el funcionamiento del semáforo, el cual permitirá aprovechar al máximo una fuente de energía natural como la es sol mediante paneles solares y el uso de energía eléctrica en un futuro.

Se realizara el circuito y se simulara a escala un circuito base de un semáforo para comparar el consumo de energía y el funcionamiento del semáforo con el circuito en cuestión.

Aun con el alcance de los paneles solares como fuente de energía hoy en día, no se pretende 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 cambios climatológicos de cd. victoria , se pretende tener dos fuentes directas de energía tanto la energía solar y la energía eléctrica para el funcionamiento del semáforo dando como resultado un ahorro económico para la sociedad y un menor impacto ambiental al utilizar energía natural como lo es la energía solar mediante paneles solares.

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II.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Hoy en día se cuenta con diferentes tecnologías usadas para el ahorro de energía en los semáforos automovilísticos en muchos partes del mundo, supliendo los componentes del los mismo, hasta usar al 100% los paneles solares para su funcionamiento. Esto es una alternativa 100% sustentable más aun el costo elevado de cambiar toda la infraestructura de 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 en conjunto con un dispositivo generado con el proyecto a realizar.

En Cd. Victoria Se cuenta con 114 sistemas de Semáforos desde semáforos destelladores y cruceros con diferentes usando Leds, focos incandescentes y flechas de led con diferentes 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 con un panel solar como fuente de energía.

El funcionamiento de semáforo con fuente de energía mixta (Panel Solar/energía eléctrica) basado en un panel solar y el circuito el cual alternara las dos fuentes de energía arrojara como resultado el ahorro de energía eléctrica lo cual se proyectara en el ámbito social, económico de la ciudad.

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III.ANTECEDENTES

En ciudad victoria Tamaulipas Existen 114 sistemas de semáforos (destelladores y cruceros) automovilísticos los cuales siguen con focos incandescente los cuales se estarán cambiando por iluminación de LEDS

Los cuales consumen diferente cantidad de energía eléctrica:

Focos Incandescentes 69 watts

LEDS 12 WATTS

Fechas de LED 8 watts y medio

Manejados con circuitos controladores C-26,C-28 Y C-200

Por el momento no existen antecedentes de semáforos con dos fuentes para su funcionamiento como lo es la energía solar y la energía convencional, mas existen caso en el ámbito de la energía solar como lo son

Alumbrado público solar

Las lámparas solares, también conocidas como: luminarias solares, Faroles solares, reflectores solares, postes solares; utilizan la energía solar fotovoltaica para proveer una fuente de energía limpia, gratuita, disponible en el sitio, para sistemas de alumbrado público, que con el adecuado mantenimiento y diseño correcto proveen iluminación confiable y gratuita por muchos años.

Una luminaria solar contiene básicamente tres elementos: el panel solar que transforma los rayos solares en electricidad, el sistema de almacenamiento y control que almacena la energía y regula su uso y por último el sistema de iluminación que dependiendo de los requerimientos se opta por tecnología de diodos emisores de luz (LEDS), inducción

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magnética ó vapor de sodio de baja presión. Las luminarias solares son sistemas unitarios independientes, diseñados para operar de manera autónoma al 100%, el panel fotovoltaico se integra al poste, normalmente en su punta, las baterías y el sistema de control se alojan en un gabinete adosado al poste. La luminaria en si es la unidad completa de iluminación y consiste del foco, balastro, reflector - difusor y carcasa.

Calentadores solares para albercas

La problemática de las calderas especiales, la contaminación y el enorme costo para el calentamiento del agua de albercas, actualmente motiva a los propietarios a instalar un sistema amigable con el medio ambiente y disfrutar del confort y exclusividad con cero costo 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 solares

Los sistemas térmicos solares funcionan de forma diferente a los sistemas tradicionales, el agua ya no pasa dentro del panel, evitando oxidación, corrosión, sedimentación, bloqueo en las tuberías y se elimina el mantenimiento con químicos. Es un circuito cerrado de un

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fluido de transferencia de calor donde la tubería pasa dentro del panel y del termo-tanque de agua de agua, haciendo ahí una

Transferencia de calor.

A diferencia de los sistemas tradicionales que solo funcionan con el calor directo del sol, el panel cuenta con unas láminas de absorción con recubrimiento selectivo de níquel coloidal que absorben la radiación solar y la transforman en energía calorífica hasta en un 96%. Por las características de los materiales y el funcionamiento del sistema prácticamente se elimina el mantenimiento. Cuenta con un sistema de control automatizado mediante un controlador digital diseñado específicamente para sistemas solares. El sistema se puede integrar a tu equipo de calefacción de agua existente y es compatible con todo tipo de calderas y boilers. También puede ser instalado de forma independiente de cualquier calefacción auxiliar.

Venta de calentadores solares con garantía por escrito ahorre el consumo de gas hasta en un 80% para su hogar o negocio empresa albercas hoteles el calentador solar es un sistema capaz de calentar el agua transformando la energía solar en energía térmica esta integrado por el colector solar termo tanque y la estructura de soporte

Paneles solares para lugares sin luz (autocontenidos)

Las instalaciones fotovoltaicas independientes sin conexión a red son apropiadas para lugares donde no hay red eléctrica (porque el área está muy alejada de las centrales eléctricas), la red eléctrica no es fiable (por los posibles cortes de energía ante una emergencia), o la conexión a la red es demasiado cara (debido al precio de la extensión de las líneas). Los sistemas fotovoltaicos independientes también son excelentes si no necesitas 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 son muy fáciles de instalar y transportar.

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Panel solar sin conexión eléctrica

Paneles solares para interconexión con red eléctrica

Las instalaciones de interconexión a red residencial, comercial e industrial, son sistemas diseñados para interactuar con la red eléctrica convencional de CFE ó LFC, inyectando la energía producida por medio del arreglo fotovoltaico durante el día y tomando electricidad de ella durante la noche o periodos de baja insolación, los principales componentes 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 misma cantidad de energía eléctrica que se consume, no se realiza ningún consumo de la red eléctrica convencional. Por el contrario, si el consumo eléctrico es mayor que la capacidad instalada en el equipo solar de interconexión a red, la red eléctrica convencional (CFE y LFC), provee de la energía eléctrica faltante. Si la instalación consume menos energía eléctrica que la que el equipo de energía solar de interconexión a red está generando, el excedente es inyectado a la red eléctrica convencional.

Inversores de red: Los inversores de corriente para sistemas de interconexión interactúan con la red eléctrica normal (CFE ó LFC), transformando la corriente continua generada por el panel fotovoltaico en corriente alterna, su sistema de microprocesadores y su electrónica de potencia se encargan de garantizar una curva senoidal con una mínima distorsión armónica, así como el seguimiento del punto de máxima potencia (MPP), permiten la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica en caso de

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pérdida de tensión o frecuencia de la red, garantizando la seguridad para el personal de mantenimiento y el propio usuario.

Inversores

I

Inversores

Iluminación ecológica con LEDS

Esta iluminación es por medio de LED's, los cuales son dispositivos basados en nuevas tecnologías que se utilizan en hogares, oficinas, industrias y espacios públicos. Su principal ventaja es que tienen un periodo de vida mucho mayor a los focos convencionales y su consumo de electricidad es notablemente menor.

Sistemas eólicos / energía eólica

El término energía eólica describe el proceso por el cual el viento se utiliza para generar energía mecánica o electricidad. Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en energía mecánica. Esta energía mecánica se puede utilizar para tareas específicas (como bombear agua) o un generador puede convertir esta energía mecánica en electricidad.

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Existen muchos métodos de obtener energía de forma alternativa a la tradicional y en las cuales son empleados hoy en día.

Se tiene ya referencia de Lugares implementando paneles solares para generar energía para diferentes labores cotidianas.

En un pueblo de la tercera región, llamado El Salado, localizado como a 90 Kms al interior de Chañaral, camino al mineral de El Salvador, se están implementando semáforos alimentados con paneles solares. Véase en imagen 1

Imagen 1 “semáforos alimentados con paneles solares”

En México también se está implementando estas tecnologías directamente en los semáforos

Los 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 y celdas solares que sustituyen a las tradicionales plantas eléctricas, cuyo funcionamiento se basa en la quema de carbón.

Hidalgo, Semáforos funcionan con energía solarPachuca, Hidalgo.- Hidalgo es pionero en el aprovechamiento de la energía solar y del aire para sustituir las fuentes convencionales de electricidad.

A iniciativa del gobernador Miguel Osorio, ya funcionan los primeros equipos en Pachuca y en el Valle del Mezquital.

Poca gente sabe que los semáforos ubicados en el cruce de Jaime Nunó y Río de las Avenidas 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. Son alimentadas con turbinas eólicas y celdas solares.

Esto forma parte de una nueva generación de semáforos que operan con energía limpia y que, por tanto, promueven una tecnología ecológica, expresó la secretaria de Obras Públicas del Gobierno Estatal, Paula Hernández Olmos.

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El gobernador Miguel Osorio tiene amplio interés en impulsar ese tipo de proyectos sustentables que aunque implican fuertes inversiones iniciales, representan una ventaja financiera a largo plazo que abre el precedente de la nueva energía limpia, la cual no genera contaminantes, expresó la funcionaria.

En el DF, se espera que próximamente se instalen estos semáforos en la Delegación Miguel Hidalgo. Diversos fraccionamientos, estacionamientos de carga en Guadalajara y Monterrey, así como una asociación hotelera en la Ciudad de México, han adoptado semáforos ecológicos en una versión más pequeña, especial para ese tipo de lugares véase Imagen 2.

Imagen 2 “Operan semáforos con energía limpia”

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IV. Objetivo e Hipótesis

Objetivo

Desarrollar un circuito para Reducir el consumo de energía eléctrica en Semáforos automovilísticos de Cd.Victoria Tamaulipas

Hipótesis

-Mediante la utilización de un circuito en base a un panel solar se reducirá el consumo de Energía Eléctrica en los semáforos automovilísticos

- La utilización de este tipo de tecnología reducirá el impacto Ambiental y económico de la ciudad al consumir menos energía eléctrica en el funcionamiento de los semáforos.

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V. Materiales y Métodos

Materiales

-Panel Solar: Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar

OPAMP TL084: comparador de nivel de voltaje

-MOSFET R640: Swith

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Proteus 7 Professional: programa para el diseño y simulación de circuitos electrónicos

Métodos

Se usara un Panel solar de 10 watts para alimentar el circuito realizado el cual tendrá directamente conectado un comparador de voltaje TL084 con referencia de voltaje con el que maneje, el circuito del sistema de semáforo para su funcionamiento, que estará alimentando directamente al semáforo y estará con otro comparador de voltaje inverso el cual estará abierto hacia el circuito del semáforo como referencia. Con un RB40 el cual servirá de Swith cuando el voltaje de referencia no se llegue del panel solar ingrese el voltaje directo del circuito del semáforo.

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VI. Bibliografía

Salgado R. C (2011) Semáforos alimentados con energía solar. Recuperado el 4 Agosto 2008, Del sitio Web Regio 4: http://www.region15.cl/pwnz/1020

(2011)Soluciones para reducir consumo eléctrico y de combustibles. Recuperado el 13 de abril 2011, Del sitio Paneles solares: http://www.panelessolares.com.mx/

(2011) Operan semáforos con energía limpia. Recuperado el 14 de enero 2008, Del sitio Universia 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) Recuperado Del sitio Web : (2011 ,6 noviembre)http://es.wikipedia.org/wiki/Panel_solar

-TL084 Quad JFET Input Op Amp (TI)Recuperado Del sitio Web : (2011 ,10 noviembre)

-(2011) Alumbrado público solar, recuperado el 02 de diciembre del sitio web: http://www.alternativaenergetica.com.mx/luminarias-solares-alumbrado-publico.htmlhttp://www.goldmine-elec-products.com/prodinfo.asp?number=G15104

-IRF640 Recuperado Del sitio Web: (2011 ,08 noviembre)http://www.alibaba.com/product-gs/337988213/IRF640_Power_MOSFET_IR.html

SAECSA recuperado del sitio http://www.saecsaenergiasolar.com/alberca/ (2011,28 noviembre)

Calentadores para hogar, negocio o empresa recuperados del sitio: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)

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Energía eólica en Alicante recuperado del sitio: http://www.energy-spain.com/energia-eolica (2011,26 noviembre)

16 de enero de 2008 Hidalgo Semáforos funcionan con energía solar recuperado del sitio: http://www.oem.com.mx/elsoldehidalgo/notas/n560239.htm (2011,01 diciembre)Val Escobedo, Resumen Precios Paneles Solares recuperado del sitio: http://www.dforceblog.com/2008/10/14/resumen-precios-paneles-solares/ (2011,29 noviembre)

VII. Anexos

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Glosario:

Panel solar: Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término 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 el calor emitidos por el Sol.

LED: Un led []"diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz.

lámpara incandescente :Una lámpara incandescente es un dispositivo que produce luz mediante el calentamiento par efecto Joule de un filamento metálico, en la actualidad wolframio, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica.

IMÁGENES PANELES SOLARES:

IMÁGENES DE SEMAFOROS CON PANELES SOLARES:

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Diagramas de Componentes

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Contrato de interconexión a red

El 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 solar en 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 de Energía Solar en Pequeña Escala.

El suministrador: son los organismos públicos descentralizados Luz y Fuerza del centro y la Comisión Federal de Electricidad

Este contrato de interconexión es aplicable a todos los Generadores con Fuente de Energía Solar en Pequeña Escala con capacidad hasta de 30 kW, que se interconectan a la red eléctrica del suministrador en tensiones inferiores a 1 kV, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energía a sus cargas. La potencia máxima a instalar dependerá del tipo de servicio, y no podrá ser mayor a lo siguiente:

Para usuarios con servicio de uso residencial: hasta 10 kW

Para usuarios con servicio de uso general en baja tensión: hasta 30 kW

La 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 entregada por el Generador al Suministrador y la que entregue el Suministrador al Generador, estarán a cargo del Generador. Asimismo, será a cargo del Generador cualquier modificación que sea necesario realizar a las instalaciones existentes para lograr la interconexión, mismas que, en su caso, realizará bajo la supervisión del Suministrador y previa autorización de éste.

Para fines de facturación, el consumo de kWh del Generador, se determinará como la diferencia entre la energía eléctrica entregada por el Suministrador y la entregada por el Generador al Suministrador. Cuando la diferencia sea negativa, se considerará como un crédito a favor del Generador que podrá ser compensado dentro del periodo de 12 meses siguientes. De no efectuarse la compensación en ese periodo, el crédito será cancelado y el Generador renuncia a cualquier pago por este concepto. Cuando la diferencia sea positiva, se considerará como un crédito a favor del Suministrador y se facturará en la tarifa aplicable

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Costos:

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 instalaran los 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 25 año.

En caso de que los precios te parezcan razonables o tengas el dinero para hacerlo, lo más recomendable es hablar a las empresas solares para que te hagan un presupuesto exacto a tus necesidades.

• Paquete completo para casa que prodice 2,400 watts por día aproximadamente 78,960 pesos. (con instalación)

• Kit que produce hasta 127 kwh por bimestre o 2740 watts al día 69,521 pesos (sin instalar)

• Panel solar de 20 watts 2,000 pesos

• Panel solar de 150 watts 12,000 pesos

• Panel solar de 40 watts 2,600 pesos

• Paquete de 350 watts diarios 11,500 pesos. Con este paquete puedes usar una radiograbadora por 3 horas + una televisión a color por 3 horas + 4 focos de 15 watts por 3 horas.

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