m41 semáforo solar inteligente

Barcelona, 16 de Abril de 2012

Director: José Luís Rodríguez Espantoso

Departament de Proyectos de Ingeniería

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

Semá foro inteligente M4

2

Í NDÍCE GENERAL

Documento memoria 3

Documento planos 28

Anexos 38


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DOCUMENTO MEMORÍA

Índice del documento memoria

1. Datos generales 4

1.1 Datos del peticionario 4

1.2 Datos del titular 4

1.3 Datos de la obra 4

1.4 Datos del técnico o técnicos 4

1.5 Alcance del proyecto 6

1.6 Antecedentes y/o motivación 6

1.7 Normativa de aplicación 7

1.8 Otras referencias 11

2. Objeto del anteproyecto 12

3. Descripción y análisis preliminar del producto 13

3.1 Función del producto 13

3.2 Sector de la población al que está dirigido 13

4. Estudio de aplicabilidad de la modificación a realizar 24

sobre el producto o proceso

4.1 Numerar qué parte o partes se pretenden modificar o añadir, 24

y justificar su modificación

4.2 Estudio de soluciones posibles 24

4.3 Descripción de la modificación seleccionada 24

4.4 Características generales de esa modificación (material, etc.) 24

4.5 Análisis sobre los beneficios con dicha modificación 25

4.6 Análisis de costes sobre el producto final 26

5. Impacto medioambiental y prevención de riesgos laborales 27


4

1. Datos Generales

1.1 Datos del peticionario

Razón Social Ayuntamiento de Maó

Domicilio completo Plaza Constitució,1 – 07701 MAÓ (Menorca, Baleares)

Teléfono 971 36 98 00

Fax 971 35 06 48

NIF/CIF P0703200F

1.2 Datos del titular

Razón Social PROMOCIONS URBANÍSTIQUES DE MAÓ, SL (PUM, SL)

Domicilio completo c/ Deià, 13 - MAÓ (Menorca, Baleares)

Teléfono 971 36 92 65 / 971 35 22 44

Fax 971 35 25 59

NIF/CIF P0703200F

Mail [email protected]

1.3 Datos de la obra

Situación c/ Francesc F. Andreu, 1-2

Municipio MAÓ (Menorca)

CP 07703

1.4 Datos del técnico o técnicos

Nombre: Robert Blasco Murillo

Curso: 1º Grado en Ingeniería Mecánica

Grupo: M41

Mail: [email protected]

mailto:[email protected]



5

Nombre: Lua Busquets

Curso: 1º Grado en Ingeniería Química

Grupo: M42


Nombre: Carlos Augusto Fabián López

Curso: 1º Grado en Ingeniería Eléctrica

Grupo: M41


Nombre: Alejandro Mangas Ferrón

Curso: 1º Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Grupo: M41


Nombre: Daniel Portero Villalón


Grupo: M41


Nombre: Ferran Suero Corral


Grupo: M41







6

Nombre: Diego Núñez Cervantes

Curso: 1º Grado en Ingeniería Mecánica

Grupo: M42


Nombre: Marco Ojer de Andrés


Grupo: M42


Nombre: Víctor Yustos Pérez

Curso: 1r. de Grau en Enginyeria Química

Grupo: M42


1.5 Alcance del Proyecto

El alcance de este proyecto consiste en la instalación de semáforos alimentados por

placas solares. Cada semáforo contiene una placa solar rotatoria que le proporciona la

energía para funcionar. Igualmente, los semáforos estarán dotados de instalación

eléctrica por si la autonomía de las placas solares se agotara al pasar varios días sin sol.

Con este proyecto se pretende minimizar el impacto medio ambiental con el uso de

energía solar para subministrar la energía eléctrica, sin ningún tipo de contaminación.

Además de ser un sistema económico y seguro.

La idea es empezar instalando dos semáforos de prueba en Maó (Menorca), ya que es

una isla con bastante sol y sin apenas semáforos, por lo que no se tendría que

substituir uno ya puesto, sino añadir un semáforo en un lugar donde podría ser

necesario, como es la entrada de un instituto, y ver como funciona. En el caso de

obtener buenos resultados nuestro producto se instalará en ciudades grandes como

Barcelona y se irá dando a conocer al resto de Europa.

1.6 Antecedentes y/o motivación

Hoy en día existen muchos métodos para obtener energía de forma alternativa a la

tradicional. Uno de ellos es el implemento de paneles solares para generar energía

eléctrica, que podemos encontrar desde en viviendas y empresas hasta en señales de





7

tráfico. Las señales de tráfico alimentadas por placas solares son precisamente el

antecedente principal de este proyecto.

Pensamos que sería una buena idea incorporar placas solares también en semáforos ya

que hay muchísimos y supondría un gran ahorro en energía eléctrica sin causar ningún

tipo de contaminación ni daño al medio ambiente.

Delante la propuesta que nos hizo PROMOCIONS URBANÍSTIQUES DE MAÓ, SL (PUM,

SL) de instalar nuestro producto en Maó, pensamos que sería una buena manera de

probar su funcionamiento antes de hacer su instalación en una gran ciudad.

1.7 Normativa de aplicación

Según el artículo 2 del real decreto 842/2002 al ser un producto de igual o inferior a mil voltios con corriente continua, es de baja tensión.

Según el artículo 4 del real decreto 842/2002 nuestro semáforo es de muy baja ten-sión.

Según el artículo 4 del real decreto 842/2002 el semáforo debe ser de 50Hz.

Según el artículo 5 del real decreto 842/2002 el producto debe estar dotado de los adecuados dispositivos protectores para evitar las perturbaciones sobre telecomunica-ciones, redes de distribución de energía o los receptores.

Según el artículo 20 del real decreto 842/2002 debe realizarse un mantenimiento, por lo tanto se subcontratará una empresa para el mantenimiento del semáforo.

Según la orden de 24 de julio de 1984 los transformadores deberán estar fijados de acuerdo con la norma UNE 20-101.

Según la orden de 24 de julio de 1984 las instalaciones deberán estar debidamente protegidas contra los efectos térmicos i dinámicos, que puedan originar las corrientes de cortocircuitos y las de sobrecarga cuando estas puedan provocar averías i daños en las instalaciones.

Según la orden de 24 de julio de 1984 para la protección de sobre intensidades debe-rán utilizarse interruptores automáticos.

Según la orden de 24 de julio de 1984 los tipos de batería que se utilizaran serán los

siguientes:

Baterías acidas o de plomo

Baterías alcalinas

Según la orden de 24 de julio de 1984 las instalaciones de puesta a tierra estarán

constituidas por uno o varios electrodos enterrados y por las líneas de tierra que

conecten dichos electrodos a los elementos que deban quedar puestos a tierra.


8

Según el artículo 12 del real decreto 1890/2008, de 14 de noviembre: Mantenimiento

de la eficiencia energética de las instalaciones:

1. Los titulares de las instalaciones deberán mantener en buen estado de

funcionamiento sus instalaciones, utilizándolas de acuerdo con sus

características y absteniéndose de intervenir en las mismas para modificarlas.

2. La gestión del mantenimiento de las instalaciones exigirá el establecimiento de

un registro de las operaciones llevadas a cabo, que se ajustará a lo dispuesto en

la ITC-EA-06.

Según Instrucción Técnica Complementaria EA - 02 NIVELES DE ILUMINACIÓN del real

decreto 1890/2008, de 14 de noviembre, en el apartado 2 (alumbrado vial) al estar

nuestro semáforo en vías urbanas se considera de tipo D (baja velocidad).

Al pertenecer a los grupos D-3 y D-4 (Calles residenciales suburbanas con aceras para

peatones a lo largo de la calzada y Zonas de velocidad muy limitada) la clase de

alumbrado de nuestros semáforos deberá ser: CE2 / S1 / S2 / S3 / S4

Clase de Alumbrado:

S1: Iluminancia Media Em (lux)=15, Iluminancia mínima Emin (lux)=5


S3: Iluminancia Media Em (lux)=7'5, Iluminancia mínima Emin (lux)=1'5


Si la zona especial es parte de una vía de tipo D o cuando no sea posible aplicar el

criterio de luminancia, debido a que la distancia de visión resulte inferior a 60 m (valor

mínimo utilizado en el cálculo de la luminancia) y cuando no se pueda situar

adecuadamente al observador, dada la sinuosidad y complejidad de la zona especial de

vial, se aplicará el criterio de iluminancia, con unos niveles de iluminación

correspondientes a la serie CE de clases de alumbrado de la tabla 9. Entre las clases de

alumbrado CE1 y CE0, podrá adoptarse un nivel de iluminancia intermedio.

El CE2 que es el que nos interesa: Iluminancia Media Em (lux)=20, Uniformidad Media

Um=0'40.

Según la zona donde se sitúe el semáforo se tendrá que tener en cuenta:

1. Alumbrado de Pasarelas Peatonales, Escaleras y Rampas

La clase de alumbrado será CE2 y, en caso de riesgo de inseguridad ciudadana,

podrá adoptarse la clase CE1. Cuando existan escaleras y rampas de acceso, la


9

iluminancia en el plano vertical no será inferior al 50% del valor en el plano

horizontal de forma que se asegure una buena percepción de los peldaños.

2. Alumbrado de Pasos Subterráneos Peatonales

La clase de alumbrado será CE1, con una uniformidad media de 0,5 pudiendo

elevarse, en el caso de que se estime un riesgo de inseguridad alto, a CE0 y la

misma uniformidad. Asimismo, en el supuesto de que la longitud del paso

subterráneo peatonal así lo exija, deberá preverse un alumbrado diurno con un

nivel luminoso de 100 lux y una uniformidad media de 0,5.

3. Alumbrado Adicional de Pasos de Peatones

En el alumbrado adicional de los pasos de peatones, cuya instalación será

prioritaria en aquellos pasos sin semáforo, la iluminancia de referencia

mínimo en el plano vertical será de 40 lux, y una limitación en el

deslumbramiento G2 en la dirección de circulación de vehículos y G3 en la

dirección del peatón (tabla 10). La clase de alumbrado será CE1 en áreas

comerciales e industriales y CE2 en zonas residenciales.

4. Alumbrado de Parques y Jardines

Los viales principales, tales como accesos al parque o jardín, sus paseos y

glorietas, áreas de estancia y escaleras, que estén abiertos al público durante

las horas nocturnas, deberán iluminarse como las vías de tipo E (tabla 5).

5. Alumbrado de Pasos a Nivel de Ferrocarril

El nivel de iluminación sobre la zona de cruce, comenzando a una distancia

mínima de 40 m y finalizando 40 m después, será CE2, recomendándose una

clase de alumbrado CE1.

6. Alumbrado de Fondos de Saco

El alumbrado de una calzada en fondo de saco se ejecutará de forma que se

señalen con exactitud a los conductores los límites de la calzada. El nivel de

iluminación de referencia será CE2.

7. Alumbrado de Glorietas

Además de la iluminación de la glorieta el alumbrado deberá extenderse a las

vías de acceso a la misma, en una longitud adecuada de al menos de 200 m en

ambos sentidos.

Los niveles de iluminación para glorietas serán un 50% mayor que los niveles

de los accesos o entradas, con los valores de referencia siguientes:


10

Iluminancia media horizontal Em ≥ 40 lux

Uniformidad media Um ≥ 0,5

Deslumbramiento máximo GR ≤ 45

En zonas urbanas o en carreteras dotadas de alumbrado público, el nivel de

iluminación de las glorietas será como mínimo un grado superior al del tramo

que confluye con mayor nivel de iluminación, cumpliéndose en todo caso lo

establecido en el apartado 2.3 referente a zonas especiales de viales.

8. Alumbrado de Túneles y Pasos Inferiores

Se considerarán como valores de referencia, los niveles de iluminación

especificados en la Publicación CIE 88:2004 “Guía para alumbrado de túneles

de carretera y pasos inferiores”.

9. Aparcamientos de vehículos al aire libre

El alumbrado de aparcamientos al aire libre cumplirá con los requisitos

fotométricos de las clases de alumbrado correspondientes a la situación de

proyecto D1-D2, establecidos en la tabla 4.

En el artículo 4 del Real Decreto 106/2008, de 1 de febrero, sobre pilas y acumuladores

y la gestión ambiental de sus residuos, se prohíbe la puesta en el mercado de todas las

pilas o acumuladores, incorporados o no a aparatos, que contengan más de 0,0005 por

ciento de mercurio en peso y las pilas o acumuladores portátiles, incluidos las pilas o

acumuladores que hayan sido incorporados a aparatos, que contengan más de 0,002

por ciento de cadmio en peso.

Se prohíbe también la incineración y la eliminación en vertederos de residuos de pilas y acumuladores industriales y de automoción. No obstante, los residuos de cualquier tipo de pilas y acumuladores que hayan sido sometidos a ambos procesos de tratamiento y reciclaje, según lo establecido en el artículo 12, podrán ser eliminados en vertederos o mediante incineración.

En aplicación del artículo 7.1 de la Ley 10/1998, de 21 de abril, todo productor estará obligado a hacerse cargo de la recogida y gestión de la misma cantidad, en peso, y tipo de pilas, acumuladores y baterías usados.

Tal y como dice el artículo 3 del Real Decreto 208/200 , de 25 de febrero, los productores de aparatos eléctricos y electrónicos, de sus materiales y de sus componentes deberán diseñar todos los aparatos y las bombillas de forma que no contengan plomo, mercurio, cadmio, cromo hexavalente, polibromobifenilos o polibromodifeniléteres, salvo las excepciones y con las condiciones que se establecen en el anexo II.


11

1.8 Otras referencias (Bibliografía, software, páginas Internet,…)

Bibliografía:

(para obtener el CIF del Ayuntamiento de Maó) http://www.einforma.com;

Web Ayuntamiento de Maó http://www.ajmao.org/

Web PROMOCIONS URBANÍSTIQUES DE MAÓ, SL (PUM, SL) http://www.pummao.es/

Web I.E.S Cap de Llevant (donde se efectuará la instalación) http://iescapdellevant.org/

Web I.E.S Cap Pasqual Calbó (donde se efectuará la instalación) http://www.iespasqualcalbo.com/joomla/index.php?option=com_content&task=view&id=52&Itemid=133

http://www.einforma.com/servlet/app/portal/ENTP/screen/SProductoClienteWeb/prod/FORMULARIO_REGISTRO_FANCYBOX_CNAE/razonsocial/AJUNTAMENT+DE+MAO/NUEVO_REGISTRADO/1/prod/FIN_PROMO_CARRITO/NUEVO_REGISTRADO/1/id_sess/00055193791000131843780000073228/relogin/1



http://www.einforma.com/

http://www.einforma.com/

http://www.ajmao.org/

http://www.ajmao.org/

http://www.pummao.es/

http://iescapdellevant.org/

http://www.iespasqualcalbo.com/joomla/index.php?option=com_content&task=view&id=52&Itemid=133

http://www.iespasqualcalbo.com/joomla/index.php?option=com_content&task=view&id=52&Itemid=133


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2. Objeto y campo de aplicación

El objeto del presente documento es el diseño de un semáforo inteligente y la

identificación de aquellos componentes que lo integran. Específicamente se

contemplan los siguientes:

Todos los elementos de revestimiento de la carcasa exterior mediante el

aprovechamiento de los que integran un semáforo convencional.

La incorporación de una placa solar especialmente diseñada para adaptarse

automáticamente a la incidencia de los rayos solares en cada momento.

La batería que permita una autonomía suficiente para mantener el semáforo en

funcionamiento en ausencia de energía solar.’

La CPU y su electrónica así como su sistema de detectores, auxiliares y

comunicaciones.

Los focos leds que permiten una mayor eficiencia en el consumo de energía.

El sistema regulatorio del semáforo se complementa con sensores de

proximidad insertos en el pavimento que permiten una mejor regulación del

tráfico tanto peatonal como de vehículos.


13

3. Descripción y análisis preliminar del producto

3.1 Función del producto:

La principal función del semáforo es facilitar el control del tránsito de vehículos y

peatones, de manera que pasen alternadamente a través de la intersección en forma

ordenada y segura.

En nuestro caso se trata de un semáforo inteligente alimentado por energía solar, será

un dispositivo controlado por sensores los cuales ayudarán a verificar el tránsito de

determinados carriles logrando así un mejor control del tráfico vehicular.

El semáforo permitirá, en consecuencia:

o Reducir y prevenir accidentes en el lugar y su cercanía inmediata.

o Reducir la demora en el cruce.

o Reducir el consumo de combustible en la intersección.

o Reducir la emisión de contaminantes del aire y el nivel de ruidos.

3.2 Sector de la población al que está dirigido:

Nuestro producto está dirigido a toda la población ya que al ser un semáforo y estar

ubicado en la vía púbica cualquier persona puede salir beneficiada de su función.

Componentes:

o Armario: Es la armadura que contiene las partes visibles del semáforo. La cabeza pue-

de contener un número determinado de caras orientadas en diferentes direcciones, es-

tará fabricado de poli bicarbonato y tendrá las siguientes propiedades plásticas :

Resistente a la corrosión con un acabado exterior de color amarillo que pre-

sente propiedades anti-grafiti

A golpes extremadamente elevado

Elevada dureza y resistencia a la deformación térmica

Buena propiedades al aislamiento eléctrico

Elevada resistencia a la intemperie y alta resistencia a rayos de gran energía.

El conjunto deberá superar las pruebas de resistencia ambiental descritas en las

normas europeas y las de compatibilidad electromagnética prescritas por las normas


14

de producto, con los grados de severidad determinados por el documento Regulador

semafórico.

o Cuadro de conmutación: Encargado de seleccionar el tipo de alimentación debido a a

fallos que pueda obtener la batería/Acumulador. Por consiguiente, obtendrá la alimen-

tación directamente de la Batería/SAI. El cuadro de conmutación se encuentra ubicado

en el armario anteriormente especificado.

El modelo escogido ha sido:

CC-1 (G.C.E)

Voltaje: 12V

Tensión: 230V/400V

Amperios: 32A

o Soportes: Los soportes son las estructuras que se utilizan para sujetar la cabeza de los

semáforos de forma que les permitan algunos ajustes angulares, verticales y horizonta-

les.

Estarán fabricados de metal resistente a la corrosión con acabado exterior en color gris.

El conjunto deberá superar las pruebas de resistencia ambiental descritas en las

normas europeas y las de compatibilidad electromagnética prescritas por las normas

de producto, con los grados de severidad determinados por el documento Regulador

semafórico.

Para nuestro producto el material escogido es acero galvanizado. El acero Galvaniza-

do por inmersión en caliente es un producto que combina las características de resis-

tencia mecánica del Acero y la resistencia a la corrosión generada por el Cinc.

Propiedades y características principales del acero galvanizado por las cuales hemos

escogido este material:

Resistencia a la abrasión

Resistencia a la corrosión

Las principales ventajas por las que hemos escogido este material pueden resumirse en

los siguientes puntos:

Duración excepcional

Resistencia mecánica elevada

http://www.construmatica.com/construpedia/Acero

http://www.construmatica.com/construpedia/Cinc


15

Protección integral de las piezas (interior y exteriormente)

Triple protección: barrera física, protección electroquímica y autocurado

Ausencia de mantenimiento/ Fácil de pintar.

o Placa solar y soporte giratorio: Se encargara de generar energía para hacer funcionar

el semáforo y de cargar la batería.

Los paneles solares o celdas solares con la tecnología ICP brindan a realizar un gran

ahorro y darle mejor utilidad a la energía eléctrica que obtenemos por compañías que

nos surten de ella. Compuesto por un material muy resistente, que incluso soporta los

rigores extremos de las radiaciones solares, esta placa solar está formada de silicio poli

cristalino y la columna donde se situará la caja es de material acero inoxidable tipo ASI

316L, con un acabado galvanizado en caliente y con pintura metalizada tipo oxiron.

Funciona incluso bajo la lluvia y sobre cielos nublados y noche ya que está diseñado

para cargar acumuladores de voltaje de corriente continua que nutren al sistema.

Continuando así bajo el esquema del ahorro energético


CS-65PT (Cambio Solar)

Potencia:65W

Voltaje máximo: 15,91V

Número de células: 32

Medidas: 740 × 665 × 35mm

Área total: 048m2

Peso: 8,81kg

La placa fotovoltaica está sujeto a un modulo giratorio utilizado para aprovechar el

rendimiento máximo gracias al GPS nombrado posteriormente.

o Batería/Acumulador: Encargada de almacenar la energía obtenida por la placa fotovol-

taica para la alimentación de las unidades semafóricas. La batería es de ciclo profundo

diseñada para proveer una cantidad constante de corriente durante un periodo de

tiempo largo.



16

BAT- TROJAN J185 H-AC

Capacidad (5 Hr): 185Ah



Voltaje: 12V

Medidas: 381 x 178 x 371mm

Peso: 58kg

o Batería/SAI: Sistema de alimentación ininterrumpida, se encargara de alimentar el se-

máforo en caso de no haber sol o falle la línea eléctrica.

El semáforo incorporara un SAI del tipo llamado ON LINE o de doble conversión,

conectado en serie entre la acometida eléctrica y el regulador. En este caso, deberán

disponerse interruptores magneto térmico y diferencial mono bloque con rearme

automático entre el SAI y el regulador, y entre la acometida eléctrica y el SAI, con el

objetivo de garantizar la seguridad en cada etapa del circuito de alimentación. Éste

último interruptor tendrá un contacto libre de potencial para su conexión a una de las

entradas auxiliares del regulador.

Cuando ha caído el suministro eléctrico. El regulador se alimenta a través de la batería

y el inversor, hasta que el suministro se restablece o hasta que el nivel de carga de la

batería cae por debajo de un umbral, en cuyo caso el regulador enviará una alarma al

Centro de Control.

El SAI escogido para nuestro producto es SPS SOHO fabricado por SALICRU, estas son

sus prestaciones:

Completo display con todas las informaciones necesarias.

Tecnología line-interactive controlado por microprocesador.

Estabilización permanente con tecnología Boost / Buck.

Capacidad de arranque en frío, función Cold Start.

Baterías intercambiables por el propio usuario, función HotSwap.

Puerto de comunicaciones USB.

Software de monitorización y gestión incluido.

Protección línea de datos / módem RJ-45.

Función de rearranque automático después de un corte de red.


17

Conexión de las cargas mediante tomas tipo schuko.

Protección contra sobrecargas, cortocircuitos y transientes.

A continuación se explica porque se ha escogido un SAI del tipo on-line doble

conversión:

Esta tecnología ofrece una solución total y protege la red informática de cualquier

perturbación de la red eléctrica. Sus aplicaciones son todas las instalaciones

informáticas, críticas e imprescindibles para las empresas (redes de datos, servidores,

telecomunicaciones, industria, etc.). Esquema general:

Su funcionamiento, de gran fiabilidad, consiste en transformar a través de su

rectificador la tensión de red, en tensión continua y alimentar un inversor y una

batería. El inversor, genera una tensión alterna sinodal disponible permanentemente a

la salida del equipo a través de un transformador de aislamiento. Si se produce alguna

perturbación en la red, la batería alimenta el inversor, protegiendo así la informática en

todas las perturbaciones existentes en la red. Un sistema de Bypass sin corte integrado

en el equipo SAI, hace la alimentación aún más segura, permite que en caso de

sobrecarga o cualquier incidencia, se conecte directamente la red a la salida, sin

originar alteración alguna en la carga crítica.

o Regulador semafòrico: Se encuentra la electrónica necesaria para hacer funcionar el

semáforo. CPU, reguladores, relojes, contadores, etc.


18

Esquema regulador semafórico:

o Entradas digitales: Entradas para conectar los diferentes sensores del

semáforo.

o Entradas digitales auxiliares: Entradas auxiliares para posibles modi-

ficaciones o conectar otros dispositivos para reparar o modificar el

software.

o Centro de control: El Centro de Control (CC) es el elemento de mayor

jerarquía en la estructura del regulador semafórico. Es el lugar donde

se monitorea y controla toda la red de tránsito de la ciudad. Está con-

formado por una o más computadoras en las que se ejecuta el software

de gestión del SIT (sistema inteligente de transporte). Este nivel puede

comunicarse con los reguladores distribuidos por toda la red. En el cen-

tro de control se ejecutan, entre otras, aplicaciones basadas en siste-

mas de información geográficos para ofrecer la ubicación real de los di-

ferentes reguladores, pudiendo gobernar la operación de estos desde

el centro de control. Por ejemplo, permite enviar información específica

de ayuda al viajero hacia el regulador asociado a una determinada lo-

calización o controlar a distancia las luces de determinados semáforos,

como puede ser requerido en el caso de que sea necesario dar priori-

dad absoluta a determinadas vías.


19

Arquitectura regulador semafórico:

o CPU (unidad central): La tarjeta de control o CPU es el cerebro del

Controlador, pues en ella se van a realizar la mayoría de las operacio-

nes de procesamiento del programa de operación del semáforo.

Cuenta con una unidad central para el procesamiento basada en un

micro controlador PIC18F4550. Este presenta una interfaz de

comunicación UART, USB e I2C, varias fuentes de interrupciones,

número de pines de E/S elevado y capacidad de memoria de datos y

de código apropiados para esta aplicación.

El hardware incorpora un reloj de tiempo real (RTC) para la

actualización de la base de tiempo con respaldo de alimentación

eléctrica a través de una batería de Litio de 3V para casos de falla de la

energía principal. También incorpora una memoria externa EEPROM

del tipo 24AA512 para almacenar los planes de operación del semáforo

y no sobrecargar la memoria interna del micro controlador, esta

memoria cuenta con una capacidad de 64KB. La alimentación de

voltaje VCC es de +5V, contiene también varios LED’s con el propósito

de utilizarlos como señalizadores de puesta en marcha o detección de

errores, entre otros fines.

o Detectores: El regulador dispondrá al menos de 8 entradas digitales

para detectores y pulsadores, activadas mediante contactos libres de

tensión.

Cada entrada tendrá aislamiento galvánico. El fabricante deberá


20

declarar los valores de impedancia de entrada, los umbrales de tensión

alta y baja, y los valores máximos de sobretensión admitidos.

o Auxiliares: El regulador dispondrá al menos de 8 entradas auxiliares,

activadas mediante contactos libres de tensión.

Cada entrada tendrá aislamiento galvánico. El fabricante deberá

declarar los valores de impedancia de entrada, los umbrales de tensión

alta y baja, y los valores máximos de sobretensión admitidos.

o Comunicaciones (Ethernet, Puertos Serie): El regulador dispondrá

de:

o Un puerto Ethernet 10/100Mb. La señal de salida del regulador se-

rá de cable de cobre, y se conectará a un adaptador exterior, ubi-

cado a nivel de bornes.

o Un puerto RS232 para la conexión de un terminal portátil de man-

tenimiento. Cualquier dispositivo de mantenimiento del regulador

debe ser capaz de emplear este puerto. La conexión de un terminal

dará aviso al Centro de Control.

o Un puerto RS232 de reserva para otros usos.

o Un puerto USB 1.1. de reserva.

o GPS: el reloj interno del regulador podrá sincronizarse mediante un re-

loj GPS. Se trata de un componente físico que proporciona la hora

GMT5.

o Salidas: Las salidas irán gobernadas por una tarjeta inteligente de lu-

ces la cual definimos a continuación:

La Tarjeta Inteligente de Luces, recibe el adjetivo “inteligente” porque

en su concepción se establece la presencia de una unidad de

procesamiento que le brinda cierta autonomía e inteligencia. Dicha

unidad de procesamiento la constituye un micro controlador

PIC16F876A de la gama media, protocolo I2C y configuración externa

de 28 pines, siendo estos requisitos los más importantes para cumplir

las exigencias operativas de esta tarjeta, en cuanto a micro controlador

se refiere.

Se incorporaron además cuatro circuitos 74HC595 que operan como

registros de desplazamientos con la funcionalidad de actuar como

expansiones de los puertos del micro controlador, solución que nos

permite menos costos en la tarjeta al no tener que optar por un micro

controlador de más pines de E/S y por lo tanto, más caro.


21

A través de los registros de desplazamiento se envía la información un

bloque compuesto por circuitos opto acopladores, triacs y resistores

que conforman 16 canales. Estos manejan las salidas de señal de nivel

de voltaje de AC para la conexión de las luces del semáforo u otros

dispositivos como bocinas, indicadores lumínicos especiales, etc. Cada

uno de los 16 canales que contiene la tarjeta inteligente de luces lleva

incorporado un pequeño bloque de circuito para el censado de la señal

de salida, información trasmitida en retroalimentación al micro

controlador, a través de un bloque de buffers de tercer estado

74HC244, para la detección de diferentes errores o fallos tanto internos

como externos (bombillas fundidas, cables interrumpidos, etc.).

Se posee un panel de 16 LED’s y cada uno refleja el estado de la salida

de cada canal respectivamente. Además se puede utilizar estos

indicadores lumínicos indistintamente para visualización de estados

(fallos, depuración errores, etc.), mediante intervalos de parpadeos

continuos a diferentes frecuencias.

También se realiza un censado de la alimentación de voltaje de AC

principal mediante opto acopladores. Todas las líneas de AC de la

tarjeta están protegidas contra corto circuitos o aumentos bruscos de la

potencia mediante una barrera de fusibles. Esta tarjeta es capaz de

comunicarse con la tarjeta de control y con otras tarjetas de luces (de

no encontrarse activa la tarjeta de control por algún fallo o desconexión

total, tomado como caso de emergencia), a través del bus I2C.

La alimentación eléctrica para todos sus circuitos es de +5V DC,

tomados del Backplane, y además posee una entrada de 120V AC

manipulada por cada uno de los 16 canales de salida. Cada salida de

las señales de luz puede soportar hasta 4A, corriente manipulada por

cada Triac respectivamente, y brinda una tensión de 110 VAC RMS.

o Tarjeta acústica con altavoz: encargado de ayudar a la gente disca-

pacitada según señales auditivas.

o Cara: Son las distintas luces de las cuales están formados los semáforos. En cada ca-

ra puede haber un determinado número de luces.

Leds y tarjeta de alimentación: focos de LEDs, con un consumo muy inferior

a las lámparas de incandescencia y una vida útil superior. Estos focos estarán

alimentados por el regulador a 12V en corriente alterna.

Para nuestro producto hemos escogido led’s de alta luminosidad alimentados a

12V y 30mA, el modelo escogido es GL3UR44 del fabricante SHARP.


22

o Sensores: Los sensores o detectores son los dispositivos capaces de registrar y

transmitir los cambios que se producen o los valores que se alcanzan en una determi-

nada característica del tránsito.

Los detectores de uso común para semáforos accionados por el tránsito son de

presión, magnéticos y de radar, en nuestro caso escogeremos sensores de presión.

El detector de presión se instala en la calle o carretera y funciona mediante la presión

ejercida por las ruedas del vehículo. Se puede comparar a un interruptor eléctrico, cuyo

circuito se cierra por presión de la rueda. Pueden ser accionados por vehículos que

viajan con velocidades hasta de 100 kilómetros por hora.

Para nuestro producto hemos escogido el detector WLC-SB, estas son sus

características principales:

Capacidad: Entre 100kg y 2t.

Sensibilidad: 3 +/- 0.025 % mV/V

Voltaje de excitación: 18 VCD

Rango de temperaturas de operación: -30 °C a +70 °C

Protección: IP66

Material: Acero Niquelado o Inoxidable

Dimensiones: 130x31.8x31.8 (cm)

La ubicación de los detectores de vehículos respecto de la línea de parada se deberá

determinar después de efectuar un estudio cuidadoso, tomando en consideración todos

los factores que intervienen, inclusive tipo y característica de funcionamiento del con-

trol, velocidades de acceso de vehículos, pendientes y anchura de la calle o carretera,

visibilidad, entradas de vehículos y carriles exclusivos para giros. Para equipo de con-

trol parcial y totalmente accionado por el tránsito. Se podrá usar la siguiente tabla como

guía.

Velocidad que Comprende el 85% del tránsito en el

acceso (km/h)

Distancia línea de parada (m)

Período inicial mínimo

Aproximado (s)

Extensión de tiempo mínimo aproximado-

(s) Menor de 30 34 11 4

30 a 49 43 15 4 50 a 65 53 18 4

Mayor de 65 64 ó mayor 23 4


23

Si la intersección tiene un acceso canalizado y carriles especiales para giros, algunos

de los espaciamientos de los detectores a veces tendrán que ser relativamente cortos,

debido a las limitaciones impuestas por la longitud de los carriles para las vueltas, por

las velocidades menores en ellos y por la necesidad de evitar accionamientos falsos.

Las dos últimas columnas de la tabla indican el tiempo mínimo a que se debe fijar el

disco de control para diversas distancias entre el detector y la raya de parada. Estos

períodos mínimos sirven para que los vehículos que accionan el detector reciban la in-

dicación de luz verde en el acceso correspondiente. Un espaciamiento corto entre el

detector y la línea de parada permitirá usar valores menores con reacciones más rápi-

das del control. Un espaciamiento mayor, por otra parte, le permitirá al control reaccio-

nar con respecto de un vehículo más distante y a veces evitar una parada innecesaria

mediante un período adicional de luz verde o una extensión del período normal, antes

de que el vehículo llegue a la raya de parada.

Los detectores de presión se deberán colocar transversalmente en la calle o carretera,

de manera que una o más ruedas de todos los vehículos que se aproximan a la

intersección pasen sobre ellos. Se colocarán al ras del pavimento.

El detector de presión más cercano al eje del camino se deberá localizar con un

extremo aproximadamente a 90 cm. del eje. En accesos con varios carriles o en vías

de un solo sentido, por lo general, será necesario colocar un detector en cada carril con

una distancia libre entre detectores, no mayor de 1.20 m. Debe hacerse notar que los

controles adaptables a la densidad del tránsito, en algunos casos podrán funcionar

eficazmente por medio de detectores instalados únicamente en el carril que se

seleccione de cada acceso.

http://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/Transito/cap5/graficos/pag187a.jpg


24

4 Estudio de aplicabilidad de la modificación a realizar sobre el

producto o proceso:

4.1 Numerar qué parte o partes se pretenden modificar o añadir, y

justificar su modificación.

Planteamos hacer 3 modificaciones importantes a un semáforo convencional.

La primera modificación se trata de poner una placa solar rotativa de 67x58 mm

encima del semáforo para poder obtener energía solar que es más barata y menos

contaminante.

La segunda modificación es poner una caja de circuito conectada con la placa solar

para transformar y almacenar la energía solar en energía eléctrica. Además la caja de

circuito estará conectada a la red eléctrica pública.

La tercera modificación a realizar, es agregar un sensor de peso para los coches, que

cuando el sensor note que hay un peso encima, el semáforo cambie a rojo.

4.2 Estudio de soluciones posibles

Se estudio varias opciones pero hay algunos diseños que nos han llamado la atención:

1- Colocar la placa solar rotativa de acuerdo con el movimiento del sol encima de la

caja de circuito, con un sensor de peso

2-Colocar la placa de circuito abajo y con placa solar arriba, con sensor de peso.

3-Otro solución es poner las placas solares alrededor de las luces del semáforo.

4-Semáforo convencional con caja de circuito abajo y la placa solar justo encima de la

caja de circuito, con sensor de peso.

4.3 Descripción de la modificación seleccionada

Se ha escogido la opción uno que es la que tiene una placa solar en la parte superior

del semáforo y la caja de circuito justo debajo para que si surge cualquier desperfecto

sea más rápida la reparación.

La placa solar es una placa de 67x58 mm, rotativa para poder orientarse respecto al sol

según la hora del día para poder aprovechar toda la radiación del sol.

Se instalará un detector de peso para coches para que sea más efectivo el

funcionamiento del semáforo.

4.4 Características generales de esa modificación (material, etc.)

Esta placa solar está formada de silicio policristalino y la columna donde se situará la

caja es de material acero inoxidable tipo ASI 316L, con un acabado galvanizado en


25

caliente y con pintura metalizada tipo oxiron. Por último la caja de circuito es de

material PVC Alto impacto termofado.

Se utilizará una celda de carga Viga al Corte, con capacidad de 5 toneladas que se ha

tenido en cuenta porque el peso de un coche y transporte de mercancías (camiones

de descarga de productos como tiendas Día, Caprabo y demás) no superará dicho

peso.

Para el proyecto se ha utilizado la iluminación por leds, debido a las siguientes ventajas

con respecto a la lámpara incandescente usual:

Todos los puntos luminosos juntos forma una lámpara conjunta más brillante que la

lámpara incandescente y es un 80% más eficiente en el ahorro de la energía.

Los leds son más baratos en su fabricación y son más seguros en el sentido en el que si

un led falla prácticamente no altera a la iluminación conjunta y solo se necesita

reemplazarlo. Por el contrario cuando una lámpara incandescente falla, se quema del

todo y el semáforo falla por completo y necesita ser reemplazada cada 6 meses a un

año, mientras los leds tienen una vida útil de 10 años. Esto también supone un

beneficio económico.

Otra característica de los leds es que ofrecen una mayor visión a elevadas distancias y

en la niebla, producen un alto contraste con la luz solar.

4.5 Análisis sobre los beneficios con dicha modificación

La principal característica de esta modificación es que gracias a esta tecnología hace

disminuir la contaminación del medio ambiente y la capa de ozono al regular el tráfico

y además en caso de corte eléctrico pueda seguir funcionando gracias a la batería de

larga duración y también a la conexión con la red eléctrica.

Se ha escogido la placa solar de silicio cristalino ya que es más económica que la de

arseniuro de galio, además la capacidad de transformación de la energía también es

mayor.

El único inconveniente respecto a la placa formada de arseniuro de galio es que el

rendimiento de la placa es menor, pero en el caso que lo quisiéramos aumentar

podríamos añadirle elementos dopantes para optimizar su rendimiento

Con la instalación de estos sensores el rendimiento del semáforo será mayor y podrá

ser mucho más útil para las personas.

Con la instalación de estos semáforos se podría reducir a un 28% menos de tiempo de

espera en los cruces y un 6,5% menos de emisiones de CO2


26

4.6 Análisis de costes sobre el producto final.

50 W / 12v - 40 células- 670 × 588 × 30mm - 8kg - sin cables 185,00

5 ton IP66 Balance de cero +/-2%, clase III, voltaje excitación 18VCD 150,00

El precio del sensor es orientativo y estimamos 150 euros cada sensor.

Por último además de estos costes tendríamos que añadir el precio del semáforo

convencional.


27

5. Impacto medioambiental y prevención de riesgos laborales

Nuestro producto como ya hemos dicho anteriormente es un semáforo autosuficiente

que obtiene la energía de la luz solar. Esto quiere decir que aprovecha una de las

energías ''verdes'', por tanto en la utilización no genera ningún contaminante. En

relación a las partes de las que se compone el semáforo (torre, leds, cajas, placas…).La

torre está formada de acero galvanizado por tanto una vez que pierde sus propiedades

puede ser reciclado mediante su fundición y posteriormente reutilizado para otro fin,

los LEDs tienen una vida útil de 10 años y además reciclarlos no supone una tarea

difícil solo hace falta llevarlas a un punto limpio donde sirven para hacer nuevos LED's

o nuevas bombillas, ahora llegamos a la parte que más impacto ambiental produce que

es la placa, la placa sí que es un material difícil de reciclar y que produce un tipo de

residuo como es el tetracloruro de silicio que es peligroso para la salud de las personas,

en contraposición con esto las placas tienen una vida útil de 30 años por lo que,

además se están llevando a cabo iniciativas como PV cycle dedicadas al reciclaje de

paneles solares y la creación de estos a partir de sus desechos, en conclusión el

balance total en cuanto a contaminación es positivo,

El mayor impacto provocado por nuestro semáforo, es como el de todos los semáforos,

el visual ya que consta de una altura cercana a los 9 metros, desde su base hasta la

punta superior de la placa, frente a los semáforos convencionales de 6 metros. Esta

altura se debe a la placa y a su sistema de rotación.

En cuanto a la prevención de riesgos laborales el semáforo ha sido diseñado para

poder soportar fuertes rachas de viento así como temblores del terreno, esto es

debido al anclaje con el terreno que es un poco más profundo que con los semáforos

normales, y el material del cual está compuesta la torre presenta una resistencia a la

deformación, además es un metal relativamente dúctil por lo que en caso de posible

rotura, se podría prevenir con cierta antelación, además ya que está compuesto de

acero galvanizado tiene un límite de fatiga, que ayuda a su estabilidad.


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DOCUMENTO PLANOS

Plano semáforo peatones verde 29

Plano semáforo peatones rojo 30

Plano temporizador 31

Plano semáforo coches rojo 32

Plano semáforo coches ámbar 33

Plano semáforo coches verde 34

Plano panel solar 35

Plano poste del semáforo 36

Plano semáforo completo 37


29


30


31


32


33


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35


36


37


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DOCUMENTO ANEXOS

Índice del documento anexos

1. Estado de mediciones 39

1.1. Energía renovable 39

1.2. Estructura electrónica interna 39

1.3. Estructura del semáforo 40

1.4. Habilitaciones descapacitados 40

1.5. Sensor 41

2. Presupuesto estimado del producto 42

3. Catálogos 43

3.1. PLACA FOTOVOLTAICA CD-65PT 43

3.2. CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E 44

3.3. SAI 45

3.4. SENSOR WLC-SB 46

3.5. BATERÍA DE CICLO PROFUNDO TROJAN J185 H-AC 47

4. Diagrama de Gantt 48


39

1. Estado de mediciones 1.1. ENERGIA RENOVABLE

MODULO SOLAR FOTOVOLTAICO

Nº Referencia Descripción Cantidad

SEM005 Módulo solar fotovoltaico y estructura giratoria. Medidas: 735 mm de largo, 660mm de ancho y 3,2 mm de espesor.

1

BATERÍA DE CICLO PROFUNDO


SEM006 Batería de ciclo profundo 12V 250Ah TROJAN J185 H-AC 1

1.2. ESTRUCTURA ELECTRONICA INTERNA

UD. DE PROGRAMACIÓN DE SOFTWARE


SEM011 Ud. de programación de software en regulador,

centralización de reguladores, detectores y otros elementos.

1

REGULADOR SEMAFÓRICO


SEM012 Ud. Regulador semafórico electrónico sincronizable,

coordinable y centralizable. 1

CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E


SEM007 Cuadro de conmutación 12V/32A. Tensión: 230V 1

SAI SALICRU SPS OHO


SEM008 Sistema de alimentación interrumpida 400VA/200W 1


40

1.3. ESTRUCTURA DEL SEMÁFORO

BÁCULO TRONCOCÓNICO DE UNA SOLA PIEZA, DE ACERO GALVANIZADO


SEM001 Ud. de báculo troncocónico de una pieza, de acero

galvanizado de 4 mm. de espesor, y 8186 mm de altura con brazo saliente de 3082 mm.

1

SEMÁFORO DE POLICARBONATO 220 ESTÁNDAR


SEM002 Ud. de semáforo de policarbonato 220 led's, tarjeta

electrónica y cableado. 6

SEMÁFORO DE POLICARBONATO 42 LED'S. SILUETA PEATÓN PARADO


SEM003 Ud. de semáforo de policarbonato 42 led's silueta peatón,

tarjeta electrónica y cableado. 1

SEMÁFORO DE POLICARBONATO 37 LED'S. SILUETA PEATÓN CAMINANDO


SEM004 Ud. de semáforo de policarbonato 37 led's silueta peatón,

tarjeta electrónica y cableado. 6

1.4. HABILITACIONES DISCAPACITADOS

TARJETA ACÚSTICA ELECTRÓNICA CON CIRCUITO


SEM009 Ud. de Tarjeta acústica electrónica con circuito monotarjeta

para gente discapacitada. 1

ALTAVOZ


SEM010 Ud. de Altavoz de 85 mm. de diámetro, 15 W. de potencia

nominal y 4 Ohmios de impedancia mínima. 1


41

1.5. SENSOR

SENSOR WLC-SB


SEM013 Sensor de peso de 100kg – 20T 1


42

2. Presupuesto estimado del producto.

Nº Referencia

Material Cantidad Precio Importe

SEM001

BÁCULO TRONCOCÓNICO DE UNA SOLA PIEZA, DE ACERO GALVANIZADO

Ud. de báculo troncocónico de una pieza, de acero galvanizado de 4 mm. de espesor, y 8186 mm de

altura con brazo saliente de 3082 mm.

1 516,20 516,20

SEM002 SEMÁFORO DE POLICARBONATO 220 ESTÁNDAR

Ud. de semáforo de policarbonato 220 led's, tarjeta electrónica y cableado.

6 252,00 1512,00

SEM003

SEMÁFORO DE POLICARBONATO 42 LED'S SILUETA PEATÓN PARADO

Ud. de semáforo de policarbonato 42 led's silueta peatón, tarjeta electrónica y cableado.

1 195,80 195,80

SEM004

SEMÁFORO DE POLICARBONATO 37 LED'S SILUETA PEATÓN CAMINANDO

Ud. de semáforo de policarbonato 37 led's silueta peatón, tarjeta electrónica y cableado.

6 195,80 1174.80

SEM005 MODULO SOLAR FOTOVOLTAICO CS-65PT

Módulo solar fotovoltaico y estructura giratoria. 1 1358,80 1358,80

SEM006 BATERÍA DE CICLO PROFUNDO TROJAN J185 H-AC

Batería de ciclo profundo 12V 250Ah 1 280,00 280,00

SEM007 CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E

Cuadro de conmutación 12V/32A. Tensión: 230V 1 1258,00 1258,00

SEM008 SAI SALICRU SPS OHO

Sistema de alimentación interrumpida 400VA/200W 1 328,00 328,00

SEM009 TARJETA ACÚSTICA ELECTRÓNICA CON CIRCUITO Ud. de Tarjeta acústica electrónica con circuito

monotarjeta para gente discapacitada. 1 245,00 245,00

SEM010

ALTAVOZ DE 85 MM. DE DIÁMETRO, 15 W. Ud. de Altavoz de 85 mm. de diámetro, 15 W. de

potencia nominal y 4 Ohmios de impedancia mínima.

1 31,30 31,30

SEM011

UD. DE PROGRAMACIÓN DE SOFTWARE Ud. de programación de software en regulador,

centralización de reguladores, detectores y otros elementos.

1 405,60 405,60

SEM012 REGULADOR SEMAFÓRICO

Ud. Regulador semafórico electrónico sincronizable, coordinable y centralizable.

1 5500,20 5500,20

SEM013 SENSOR WLC-SB

Sensor de peso de 100kg – 20T 1 565,50 565,50

TOTAL 12196,40


43

3. Catálogos:

3.1. PLACA FOTOVOLTAICA CD-65PT:


44

3.2. CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E:


45

3.3 SAI:


46

3.4. SENSOR WLC-SB:


47

3.5. BATERÍA DE CICLO PROFUNDO TROJAN J185 H-AC:

Características:

BAT- TROJAN J185 H-AC




Voltaje: 12V

Peso: 58kg

Dimensiones: 381 x 178 x 371


48

4. Diagrama de Gantt

A continuación, se muestra el Diagrama de Gantt elaborado:

m41 semáforo solar inteligente

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