1
Contenido
1. INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................2
2. TIPOS DE CONTROL............................................................................................................2
2.1. FOTOCONTROLES TÉRMICOS..................................................................................2
2.2. FOTOCONTROLES ELECTROMAGNÉTICOS.........................................................3
2.3. FOTOCONTROLES ELECTRÓNICOS........................................................................3
2.4. CARACTERÍSTICAS......................................................................................................4
3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS FOTOCÉLULAS......................................5
4. APLICACIONES......................................................................................................................5
5. FUNCIONAMIENTO DEL ALUMBRADO PÚBLICO.........................................................5
6. CARACTERISTICAS Y PARTES DEL ALUMBRADO PÚBLICO..................................7
6.1. CARACTERISTICAS......................................................................................................7
6.2. VENTAJAS ENERGÉTICAS Y AMBIENTALES........................................................8
6.3. EQUIPOS AUXILIARES.................................................................................................9
6.3.1. Balasto.....................................................................................................................9
6.3.2. Condensador..........................................................................................................9
6.3.3. Arrancadores........................................................................................................10
6.3.4. Equipos reductores del flujo luminoso..........................................................10
6.3.5. Sustitución de las lámparas de vapor de mercurio por otras más eficientes...............................................................................................................................10
6.3.6. Mejora del factor de potencia...........................................................................10
6.3.7. Sustitución de balastos......................................................................................10
6.3.8. Adecuación de los sistemas de encendido...................................................10
6.3.9. Mantenimiento de las instalaciones................................................................11
6.3.10. Gestionar la energía........................................................................................11
6.4. CIRCUITO QUE INVOLUCRA....................................................................................11
6.5. FUNCIONAMIENTO RESUMIDO...................................................................................11
7. ESQUEMA DESDE EL PUNTO DE VISTA DE CONTROL AUTOMÁTICO................12
CONTROL AUTOMATICO I
2
ALUMBRADO PÚBLICO
1. INTRODUCCIÓN
El alumbrado público es el servicio público consistente en la iluminación de las vías
públicas, parques públicos, y demás espacios de libre circulación que no se encuentren a
cargo de ninguna persona natural o jurídica de derecho privado o público, diferente del
municipio, con el objetivo de proporcionar la visibilidad adecuada para el normal desarrollo
de las actividades. Por lo general el alumbrado público en las ciudades o centros urbanos
es un servicio municipal que se encarga de su instalación, aunque en carreteras o
infraestructura vial importante corresponde al gobierno central o regional su
implementación. Para poder ejercer el principio de ahorro energético es necesario un
sistema de control automático que supervise este proceso el cual parte del principio del
funcionamiento de las fotocélulas.
2. TIPOS DE CONTROL
2.1. FOTOCONTROLES TÉRMICOS
Existen dos diferentes tecnologías para el mecanismo de operación de los fotocontroles
térmicos. La primera de ellas utiliza un elemento bimetálico que se reflexiona cuando
experimenta un nivel de temperatura suficientemente alto, producido por una resistencia
de calentamiento enrollada sobre dicho bimetálico. Cuando el nivel de iluminancia exterior
es alto, la resistencia de la fotocelda disminuye, permitiendo que circule a través de la
resistencia de calentamiento (Rc), una corriente suficientemente alta para que el elemento
bimetálico se flexione, modificando la posición de los contactos de carga. Cuando el nivel
de iluminancia exterior es bajo, la resistencia de la fotocelda aumenta, restringiendo el
paso de corriente a través de la resistencia de calentamiento, haciendo que el elemento
bimetálico recupere su posición original, por lo cual los contactos de carga quedan en su
posición original y la carga sea desconectada. La anterior tecnología es ineficiente, debido
a que gran parte del calor generado por el resistor para ser transferido al bimetálico, es
disipado en el aire.
La segunda tecnología logra un más alto coeficiente de transferencia y funciona con base
en un resistor plano. El componente principal es una película de pasta densa, aplicada a
un elemento no conductivo, generalmente una pieza de cerámica.Esta película resistiva
es adherida en el lado de un bimetal, lo cual provee una fuente de calor durable y estable.
CONTROL AUTOMATICO I
3
Debido a que el calor es transferido al bimetal sobre un área mayor, se logra una mayor
eficiencia debida a un mayor coeficiente de transferencia de calor.
La utilización de los fotocontroles bimetálicos térmicos, había sido amplia en sistemas en
los cuales el factor de decisión era el costo inicial, sin embargo, se ve limitada cuando se
analizan térmicamente aspectos como la tolerancia amplia en la calibración, y en la
relación de los niveles de apagado/encendido que generan mayores consumos de
energía. Adicionalmente, por sus características térmicas, estos fotocontroles no trabajan
apropiadamente a altas o bajas temperaturas y su operación se afecta aún más, cuando
son instalados para el control individual sobre la carcasa de la luminaria.
2.2. FOTOCONTROLES ELECTROMAGNÉTICOS
La operación de los fotocontroles electromagnéticos se efectúa mediante un electroimán
que abre o cierra unos contactos de carga.Cuando el nivel de iluminancia en la superficie
del elemento sensor es bajo, la corriente a través de la bobina es lo suficientemente
pequeña para mantener los contactos de carga en su posición normal. Cuando el nivel de
iluminación es alto, se produce el paso de una corriente mayor a través de la bobina cuyo
núcleo ejerce atracción sobre el contacto, modificando la posición de los contactos de
carga. Estos sistemas de conmutación tienen buen desempeño, sin embargo, la
fabricación de las láminas de las bobinas son elaboradas por procesos que requieren un
alto nivel de control.
2.3. FOTOCONTROLES ELECTRÓNICOS
Como parte del desarrollo, para la operación de este tipo de fotocontroles, se han venido
utilizando fototransistores de silicio, en combinación con circuitos electrónicos, que
estabilizan la tensión de entrada, suprimen y limitan los pulsos de tensión y corriente a
valores admisibles a la operación del fotocontrol y no requieren de pararrayos o
varistores. El desempeño de estos últimos, es excelente ya que garantizan unas
condiciones estables y uniformes a través del rango de tensión de operación para el cual
se diseña y durante la vida promedio para la que está garantizado, a unos costos muy
comparables a los electromagnéticos.La operación de los fotocontroles se realiza
mediante elementos semiconductores, como relés de estado sólido o triacs, los cuales
evitan la utilización de elementos con partes móviles para realizar la conmutación, sus
CONTROL AUTOMATICO I
4
contactos están libres de arcos, ruidos y la operación es segura.Igualmente, se
establecen unos niveles de histéresis en el circuito de disparo ¨Trigger¨, para que
pequeñas variaciones de luz no causen intermitencia de la bombilla y generen una
relación de encendido/apagado menor a 1.5, garantizando períodos de operación más
uniformes.
2.4. CARACTERÍSTICAS
Controla la conexión y desconexión de artefactos eléctricos para iluminacióna través del
cambio del nivel lumínico del medio ambiente.
Sirve para todo tipo de luminaria dentro del rango de tensión, e inclusive enlámparas de
bajo consumo.
Retraso de respuesta de apagado (máximo de 1 minuto). Especialmenteimportante
cuando el fotocontrol recibe un rayo de luz, originado por un relámpagoo por luces de un
vehículo.
Sensor de luz de Silicon de larga vida, que no presenta variaciones portemperatura.
Ahorro de energía, pues la conexión del fotocontrol se produce con un nivel deiluminación
entre 5 y 12 Lux, y la desconexión entre 28 y 35 lux (si es necesario pueden ser provistos
otros umbrales lumínicos).
Tiene incorporado un protector contra sobretensiones (MOV-Varistor oxido
metálico)protegiendo a la lámpara y al fotocontrol contra cambios inesperados devoltaje
Los fotocontroles electrónicos utilizanun fototransistor como sensor de luz. Hoy en día hay
dos formas comercialmente viables, para detectar la luz visible que utilizan los
fotocontroles en sistemas de Alumbrado Público: los dispositivos con Silicon
(FOTOTRANSISTOR) y las Celdas CdS. El fotosensor del tipo Silicon presenta las
siguientes características:
Sensor de luz de silicon de larga vida no presenta variaciones por temperatura no
presenta autocalentamiento que si presentan las celdas Cds (Celda de cadmio usadas en
losfotocontroles no electrónicos).
Los sensores de silicon son de tamaño reducido.
CONTROL AUTOMATICO I
5
3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS FOTOCÉLULAS
Las fotocélulas son elementos sensibles a la luz que constan de un emisor y un receptor
integrados generalmente en el mismo cuerpo.
También llamadas “Fotoceldas” o “Células fotosensibles”. Los Fotocontroles son
elementos de control que permiten abrir y/o cerrar un circuito prendiendo y apagando una
lámpara dependiendo de la intensidad de la luz del Sol que llega al dispositivo.
4. APLICACIONES
Los Fotocontroles son utilizados en lugares en donde se requiere “automatizar” el
encendido de lámparas, es decir que se prendan y apaguen de acuerdo al nivel de
iluminación existente en dicho lugar. Son comunes en alumbrado público o también en
empresas e industrias prendiendo lámparas por la tarde/noche, aunque ya empiezan a
utilizarse con mayor frecuencia en residencias.
5. FUNCIONAMIENTO DEL ALUMBRADO PÚBLICO
Su funcionamiento se basa en la incidencia de la luz del Sol sobre una célula fotoeléctrica
que reacciona a la misma provocando una pequeña corriente que permite activar un
pequeño dispositivo (relé) que actúa abriendo el circuito de alimentación de la lámpara.
En cuanto cesa la luz del Sol termina la corriente y el circuito se cierra. Las conexiones
son las que te muestro en el diagrama, si los colores que utilicé cambian, entonces sigue
las indicaciones del fabricante proporcionadas al comprar el dispositivo. Los Fotocontroles
CONTROL AUTOMATICO I
6
electrónicos tienen un punto de orientación hacia el Norte, por lo que siempre deben
posicionarse hacia él. Permiten controlar cargas diversas, el que te muestro controla
hasta 1,500 Watts. Su voltaje de operación es de 127 Volts, en C.A. Si tu fotocontrol es
para 220 Volts, realiza las mismas conexiones solo conecta el Neutro a una segunda
Fase alimentadora. Dependiendo de la carga a controlar toda la instalación puedes
hacerla en calibre número 12 AWG o incluso si es pequeña (menos de 500 Watts) en
calibre 14.
CONTROL AUTOMATICO I
7
6. CARACTERISTICAS Y PARTES DEL ALUMBRADO PÚBLICO
6.1. CARACTERISTICAS
Las lámparas utilizadas en el alumbrado público deben presentar algunas características
que permitan un ahorro energético y, a su vez, económico:
Intensidad luminosa y tipo de luminaria (reproducción cromática): las lámparas
utilizadas deben adaptarse a las necesidades de uso. La demanda lumínica de
emplazamientos turísticos no es la misma que en puntos únicamente de tráfico,
por lo que las necesidades de intensidad y tipo de luz en estos emplazamientos no
es la misma. Tener presente estas diferencias debe permitir reducir la demanda
energética total y optimizar la potencia instalada.
Calidad energética de las lámparas (eficiencia): no todos los tipos de lámparas
presentan el mismo rendimiento energético. Hacer una correcta selección de las
lámparas (dentro de la misma función), teniendo en cuenta el rendimiento
(lumen/W), puede derivar en un ahorro energético importante.
CONTROL AUTOMATICO I
8
Zonificación: establecer cuál es el área que se necesita iluminar permite optimizar
las potencias de las lámparas y, por lo tanto, reducir el consumo.
Duración de la vida económica: las lámparas presentan una reducción del
rendimiento con el tiempo (lumen/potencia). Tener presente esta variación de
propiedades y establecer un óptimo (económico y energético) en la sustitución de
lámparas debe permitir un mejor rendimiento del sistema lumínico.
La mayor parte de las lámparas utilizadas en el alumbrado público utilizan un sistema de
descarga eléctrica en un gas, generalmente lámparas de mercurio con rendimientos
inferiores a otras opciones que se encuentran en el mercado. Los sistemas de descarga
consisten en dos electrodos que generan un flujo de electrones por medio de un gas; la
excitación de los átomos del gas permite generar luz, cuyas características están en
función de la lámpara utilizada. Los tipos más utilizados en el alumbrado público son:
Lámparas fluorescentes.
Lámparas de vapor de mercurio de alta presión.
Lámparas de vapor de sodio a baja presión.
Lámparas de vapor de sodio a alta presión.
Lámparas de mercurio con halógenos metálicos.
Lámparas con descarga por inducción.
La sustitución de las lámparas es un proceso que se ha desarrollado en la mayor parte de
las ciudades, aunque en muchas zonas se continúan utilizando sistemas de mercurio. En
este sentido, se recomienda el uso de lámparas del tipo descarga, si bien su elección
tiene que ser la adecuada para obtener las finalidades previstas. En carreteras, se
recomiendan lámparas de vapor de sodio a alta presión, a causa de su eficacia luminosa
(lumen/W) y mejor rendimiento cromático que las lámparas de vapor de sodio a baja
presión. Estas características de las lámparas de baja presión las convierten en
adecuadas para puntos con poca necesidad de intensidad lumínica, como pueden ser las
carreteras en campo abierto o las zonas rurales.
6.2. VENTAJAS ENERGÉTICAS Y AMBIENTALES
Una óptima selección de lámparas permite:
Reducción del consumo energético.
Ahorro en las emisiones de CO2.
CONTROL AUTOMATICO I
9
Ahorro económico. La inversión en materiales de calidad deriva en una inversión
inicial superior, aunque se acaba amortizando con la optimización del consumo
energético.
Adecuación de la intensidad lumínica para cada necesidad. Esto permite minimizar
la contaminación lumínica de cada emplazamiento.
Optimización de las necesidades lumínicas para cada necesidad.
6.3. EQUIPOS AUXILIARES
La tipología de las lámparas utilizadas en el alumbrado público (sistemas con potencias
superiores a las de tipo doméstico) implica la necesidad de disponer de una serie de
dispositivos para el correcto funcionamiento, ya que, además, en muchos casos éstas no
pueden conectarse directamente a la red. Algunos de los elementos auxiliares más
importantes son:
6.3.1. Balasto
Es un dispositivo que limita el crecimiento de la intensidad de la corriente y suministra a la
lámpara las características de tensión, de frecuencia y de potencia adecuadas a un
funcionamiento estable. El balasto es así un elemento limitante de intensidad que evita la
autodestrucción de la lámpara porque tiene tendencia a incrementar la intensidad durante
su funcionamiento y permite un régimen de trabajo. Energéticamente, las características
más importantes de los balastos son:
El funcionamiento del balasto tiene asociado un consumo energético importante.
Éste puede llegar a ser del orden del 20% del consumo de la lámpara.
Características de la alimentación: para asegurar un correcto funcionamiento
energético de la lámpara, es necesario que el balasto se adapte a las condiciones
óptimas de funcionamiento de la lámpara, si no, esto derivará en una pérdida de
rendimiento energético.
6.3.2. Condensador
La función del condensador es corregir el factor de potencia del sistema y minimizar el
consumo de energía reactiva. Con estos sistemas se obtiene una reducción del consumo
energético y un ahorro a la factura energética por una reducción de energía reactiva.
6.3.3. Arrancadores
Se encargan de generar los impulsos de tensión necesarios para encender la lámpara.
CONTROL AUTOMATICO I
10
6.3.4. Equipos reductores del flujo luminoso
Hay sistemas en el mercado que permiten regular la intensidad lumínica. Aunque
representan un incremento en el consumo energético de las lámparas, la posibilidad de
regular la potencia en puntos concretos de necesidades variables puede permitir reducir el
consumo energético anual de manera significativa.
En estas condiciones pueden plantearse diversas opciones en el campo de la eficiencia
en el alumbrado público:
6.3.5. Sustitución de las lámparas de vapor de mercurio por otras más
eficientes
La selección de las lámparas más adecuadas es el punto más importante para el buen
funcionamiento energético de los sistemas de alumbrado público. En este sentido, el
cambio más interesante puede ser la sustitución de las lámparas de mercurio existentes
por sistemas más eficientes.
6.3.6. Mejora del factor de potencia
Las instalaciones con lámparas de descarga presentan un consumo de energía reactiva
que representa un incremento sobre la factura que puede llegar al 45%. Mediante una
correcta instalación de condensadores puede obtenerse una reducción de costes
importante.
6.3.7. Sustitución de balastos
Actualmente, hay balastos del tipo electrónico que permiten una reducción de hasta el
15% en el consumo energético con respecto a los sistemas tradicionales.
6.3.8. Adecuación de los sistemas de encendido
Encender el parco lumínico en el momento óptimo representa una manera eficiente de
reducir el consumo energético. Disposiciones con células fotoeléctricas que enciendan o
apaguen en función de la intensidad de luz elementos con relojes astronómicos son
soluciones que se encuentran actualmente en el mercado.
6.3.9. Mantenimiento de las instalaciones
Un correcto mantenimiento de las instalaciones permite incrementar la vida económica y
los rendimientos lumínicos. Es importante mantener limpiezas periódicas en las líneas de
alumbrado y sustituciones adecuadas de las líneas.
CONTROL AUTOMATICO I
11
6.3.10. Gestionar la energía
Tener presente las necesidades del parque de luces, así como coordinar todos los medios
técnicos y humanos, son elementos esenciales para el correcto funcionamiento de las
instalaciones.
6.4. CIRCUITO QUE INVOLUCRA
6.5. FUNCIONAMIENTO RESUMIDO
La tensión viene desde la red al transformador reductor, el cual va luego al medidor y al
interruptor termomagnetico, pero sin antes pasar por la unidad de control la cual está
constituida por fotocélulas que activan al contactor, el cual manipula la entrada de
corriente al alumbrado.
CONTROL AUTOMATICO I
12
7. ESQUEMA DESDE EL PUNTO DE VISTA DE CONTROL AUTOMÁTICO
La señal de entrada será el valor de consigna del nivel de iluminación al que
queremos que entre en funcionamiento el sistema de alumbrado, y que
seleccionaremos mediante un potenciómetro que podremos regular, para poder
seleccionar diversos valores de consigna.
La señal de salida será la iluminación producida.
El sensor que capta el nivel de iluminación será una resistencia especial LDR, que
modifica el valor de resistencia en función de la incidencia de luz sobre ella.
Ambas señales las llevaremos a un amplificador operacional (AO), en el que
comparamos las señales en sus entradas, si es mayor la señal de referencia
ofrecerá una señal de error que convenientemente amplificada, por un transistor, o
como en este caso por un relé o contactor, actuará sobre el encendido del
alumbrado público.
Se trata de un sistema de control en bucle cerrado, ya que continuamente está
comparando la iluminación ambiental con la señal de consigna.
CONTROL AUTOMATICO I
Top Related