m41 semáforo solar inteligente
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Barcelona, 16 de Abril de 2012
Director: José Luís Rodríguez Espantoso
Departament de Proyectos de Ingeniería
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
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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
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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 promocions@ajmao.org
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: rblascomu@hotmail.com
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Nombre: Lua Busquets
Curso: 1º Grado en Ingeniería Química
Grupo: M42
Mail: luabusquets@gmail.com
Nombre: Carlos Augusto Fabián López
Curso: 1º Grado en Ingeniería Eléctrica
Grupo: M41
Mail: carlosfbn5@gmail.com
Nombre: Alejandro Mangas Ferrón
Curso: 1º Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Grupo: M41
Mail: alex_mgbcn@hotmail.com
Nombre: Daniel Portero Villalón
Curso: 2º Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Grupo: M41
Mail: daniel_porter22@hotmail.com
Nombre: Ferran Suero Corral
Curso: 2º Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Grupo: M41
Mail: ferran89@hotmail.com
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Nombre: Diego Núñez Cervantes
Curso: 1º Grado en Ingeniería Mecánica
Grupo: M42
Mail: yeyooo_8@hotmail.com
Nombre: Marco Ojer de Andrés
Curso: 1º Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Grupo: M42
Mail: marco.ojer@gmail.com
Nombre: Víctor Yustos Pérez
Curso: 1r. de Grau en Enginyeria Química
Grupo: M42
Mail: yustos_5@hotmail.com
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
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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.
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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
S2: Iluminancia Media Em (lux)=10, Iluminancia mínima Emin (lux)=3
S3: Iluminancia Media Em (lux)=7'5, Iluminancia mínima Emin (lux)=1'5
S4: Iluminancia Media Em (lux)=5, Iluminancia mínima Emin (lux)=1
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
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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:
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
El modelo escogido ha sido:
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.
El modelo escogido ha sido:
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BAT- TROJAN J185 H-AC
Capacidad (5 Hr): 185Ah
Capacidad (20 Hr): 225Ah
Capacidad (100 Hr): 249Ah
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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM006 Batería de ciclo profundo 12V 250Ah TROJAN J185 H-AC 1
1.2. ESTRUCTURA ELECTRONICA INTERNA
UD. DE PROGRAMACIÓN DE SOFTWARE
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM011 Ud. de programación de software en regulador,
centralización de reguladores, detectores y otros elementos.
1
REGULADOR SEMAFÓRICO
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM012 Ud. Regulador semafórico electrónico sincronizable,
coordinable y centralizable. 1
CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM007 Cuadro de conmutación 12V/32A. Tensión: 230V 1
SAI SALICRU SPS OHO
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM008 Sistema de alimentación interrumpida 400VA/200W 1
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1.3. ESTRUCTURA DEL SEMÁFORO
BÁCULO TRONCOCÓNICO DE UNA SOLA PIEZA, DE ACERO GALVANIZADO
Nº Referencia Descripción Cantidad
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
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM002 Ud. de semáforo de policarbonato 220 led's, tarjeta
electrónica y cableado. 6
SEMÁFORO DE POLICARBONATO 42 LED'S. SILUETA PEATÓN PARADO
Nº Referencia Descripción Cantidad
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
Nº Referencia Descripción Cantidad
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
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM009 Ud. de Tarjeta acústica electrónica con circuito monotarjeta
para gente discapacitada. 1
ALTAVOZ
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM010 Ud. de Altavoz de 85 mm. de diámetro, 15 W. de potencia
nominal y 4 Ohmios de impedancia mínima. 1
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1.5. SENSOR
SENSOR WLC-SB
Nº Referencia Descripción Cantidad
SEM013 Sensor de peso de 100kg – 20T 1
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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
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43
3. Catálogos:
3.1. PLACA FOTOVOLTAICA CD-65PT:
Semá foro inteligente M4
44
3.2. CUADRO DE COMMUTACIÓN CC-1 G.C.E:
Semá foro inteligente M4
45
3.3 SAI:
Semá foro inteligente M4
46
3.4. SENSOR WLC-SB:
Semá foro inteligente M4
47
3.5. BATERÍA DE CICLO PROFUNDO TROJAN J185 H-AC:
Características:
BAT- TROJAN J185 H-AC
Capacidad (5 Hr): 185Ah
Capacidad (20 Hr): 225Ah
Capacidad (100 Hr): 249Ah
Voltaje: 12V
Peso: 58kg
Dimensiones: 381 x 178 x 371
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4. Diagrama de Gantt
A continuación, se muestra el Diagrama de Gantt elaborado:
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