Este documento presenta un proyecto de investigación que tiene como objetivo crear un circuito que alterne entre la energía solar de un panel solar y la energía eléctrica para alimentar los semáforos de la ciudad de Victoria, Tamaulipas, México. El circuito se simulará a escala para comparar el consumo de energía y funcionamiento con y sin el circuito propuesto. El proyecto busca ahorrar energía eléctrica y tener un menor impacto ambiental al utilizar energía solar. Se revisan antecedentes de uso de energía solar en alumb

1. 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
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Cd. Victoria Tamaulipas México 07/DIC/ 2011

2. Índice
I. Introducción……………………………………………….. ………………………….…..03
II. Planteamiento del problema………………………………………….………….. 04
III. Antecedentes……………………………………………………..……………………… 05
IV. Objetivos e Hipótesis……………………………………..………………………….. 12
V. Materiales y métodos…………………………………..……………………………. 13
VI. Bibliografía……………………………………………..…………………………………. 16
VII. Anexos…………………………………………….…………………………………………18
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3. 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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4. II.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Hoy en día se cuenta con diferentes tecnologías usadas para el ahorro de energía en los
semáforosautomovilísticos 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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5. 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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6. 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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7. 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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8. 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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9. 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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10. 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 solar
Pachuca, 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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11. 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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12. 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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13. 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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14. 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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16. 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) 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)
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-IRF640 RecuperadoDel sitio Web:(2011 ,08 noviembre)http://www.alibaba.com/product-
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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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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 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)
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18. VII. Anexos
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 diodosemiconductor
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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19. Diagramas de Componentes
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21. 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
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22. 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
Costos:
Por ejemplo para una casa de 350 KWH/mes:
1) 350/30 días=11.6
2) 11.6/5 horas de sol (este dato puede variar y depende de la locación donde se instalaran
los paneles solares) =2.3
3) 2.3 + 20% de perdidas =2.76
4) 2.76 x 1000=2760
5) 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
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23. • 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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