La reducción substancial de su consumo en sectores que lo permitan, hará posible destinar los excedentes al abastecimiento de otros sectores más demandantes como, por ejemplo, el sector industrial.
Planteamos como objetivo prioritario de nuestro trabajo obtener importantes ahorros energéticos en instalaciones de iluminación pública y privada, sin que ello signifique disminuir los estándares de calidad requeridos, mediante el control de la potencia de las instalaciones.
Para lograr tal propósito desarrollamos un equipo de control de potencia en iluminación denominado PowerControl, cuyo principio de funcionamiento se basa en el control, estabilización y regulación de la tensión de salida
1) La potencia de una instalación de alumbrado público y por ende el nivel de iluminación, se establece siempre en función del máximo nivel de tránsito de las arterias a iluminar, o lo que es lo mismo, en base a la demanda de la hora pico. Dado que esta condición se mantiene durante un período inferior al 40% del horario de funcionamiento de la instalación, es inevitable un exceso de potencia durante el resto del ciclo, cuando la actividad ciudadana se reduce al mínimo.
El equipo PowerControl controla, estabiliza y regula la tensión de salida permitiendo ajustar la intensidad del flujo luminoso según la demanda.
2) En toda red de potencia existen variaciones de tensión, con periodos de sub y sobretensiones, cuya intensidad, duración y frecuencia dependen de la calidad del suministro, y que afectan negativamente el funcionamiento normal de las mismas. En el caso de iluminación pública estas variaciones no deseadas causan deterioros en los accionamientos de los tableros de control y en la vida útil de las lámparas, produciendo frecuentes cortes en el servicio y agotamiento prematuro de las lámparas.
El equipo PowerControl entrega una tensión de salida estabilizada en los valores programados, evitando de esta manera los inconvenientes antes mencionados y produciendo un ahorro adicional de energía al eliminar las sobretensiones.
3) Los picos de corriente en el arranque de las lámparas a descarga afectan su vida útil.
El equipo PowerControl permite un arranque controlado a tensión reducida, incrementando la misma en forma suave hasta llegar al valor nominal. Se logra de esta manera un importantísimo incremento de la vida útil de las lámparas que algunos expertos estiman en un 100 % y una considerable reducción de los costos de mantenimiento por reemplazo de lámparas.
El equipo ha sido desarrollado para su uso en instalaciones de iluminación pública, urbana y vial, instalaciones portuarias, deportivas, industriales y militares, playas de estacionamiento, aeropuertos, parques y todo tipo de grandes superficies iluminadas.
Basados en las características de la demanda el equipo PowerControl ejecuta un ciclo de trabajo completamente programable que abarca desde el encendido de las luminarias hasta el apagado de las mismas.
Las características de la demanda, o lo que es lo mismo los niveles de iluminación requeridos varían en el transcurso de la noche desde un máximo necesario (plena potencia) durante las horas pico de mayor transito o actividad hasta un valor mínimo deseado (etapa de ahorro) cuando el tránsito o nivel de actividad decaen y por ende la potencia de la instalación se encuentra en ese momento sobredimensionada.
El ciclo de trabajo del equipo PowerControl presenta las siguiente fases bien diferenciadas:
1) Fase de encendido: A la hora programada o mediante una señal externa el equipo inicia la rampa de encendido a tensión reducida (generalmente 180V - 190V), aumentando en forma gradual dicha tensión hasta llegar a la máxima de 220V al cabo de un tiempo expresado en minutos. Los valores de tensión de arranque y tensión final (tensión de plena potencia) así como la duración de esta fase son parámetros programables.
2) Fase de máxima potencia: el equipo mantiene estabilizada la tensión de línea en el valor programado (generalmente 220V) durante un período de tiempo expresado en horas. El horario de finalización de esta fase es un parámetro programable.
3) Fase de reducción: el equipo inicia la rampa de reducción de tensión desde la tensión máxima hasta un valor programado de ahorro (generalmente 175V - 180V) en un período de tiempo expresado en minutos. El tiempo de duración de esta fase y el valor de tensión final (tensión de ahorro) son parámetros programables.
4) Fase de ahorro: el equipo suministra a la carga la tensión de ahorro programada durante un período de tiempo expresado en horas. El horario de finalización de esta fase es un parámetro programable.
5) Apagado: cumplida la fase de ahorro, el equipo puede desconectar la iluminación desde la fase de ahorro (generalmente en verano cuando la luz es suficiente), ó ejecutar una fase de máxima potencia nuevamente (puntos 1 y 2) para luego desconectar las luminarias.
De esta manera, a través de la ejecución de este ciclo de trabajo se logra el máximo nivel de iluminación en las horas en que sea necesario, pasando luego a una etapa de ahorro energético en aquellas horas de menor demanda de iluminación, conforme a valores de tensión preestablecidos.
A modo de ejemplo y para visualizar los niveles de ahorro que se pueden lograr con la utilización del equipo desarrollamos el siguiente cálculo:
1) Consideramos la hipótesis de programación de encendido para una noche típica de invierno (noche más larga) con los siguiente datos:
• Encendido 18:00 hr.
• Etapa de ahorro 21:00 hr.
• Max. Potencia: 5:30 hr.
• Apagado: 8:00 hr.
Estos valores resultan en un ciclo de trabajo con 5,5 hr de máxima potencia y 8,5 hr en fase de ahorro.
2) Consideramos la hipótesis de programación de encendido para una noche típica de verano (noche más corta) con los siguientes datos:
• Encendido 20:00 hr.
• Etapa de ahorro 23:30 hr.
• Apagado: 6:00 hr.
Estos valores resultan en un ciclo de trabajo con 3,5 hr de máxima potencia y 6,5 hr en fase de ahorro.
3) Dado que la programación del equipo varía desde un máximo de horas de encendido en invierno hasta un mínimo de horas de encendido en verano, podemos tomar un promedio de ambos valores extremos y calcular la cantidad de horas anuales de encendido a plena potencia y en fase de ahorro:
Hr/año de encendido de la instalación: ((5,5 + 8,5 + 3,5 + 6,5)/2) x 365 = 4380 hr.
Hr/año de encendido en máxima potencia: ((5,5 + 3,5)/2) x 365 = 1642,5 hr.
Hr/año de encendido en fase de ahorro: ((8,5 + 6,5)/2) x 365 = 2737,5 hr.
4) A los efectos del cálculo de ahorro energético anual, consideramos una instalación de SAP, la potencia del equipo de 15 KW, una tensión de plena potencia del sistema de 220 V y de ahorro de 175 V y cos φ=1
4.a) Consumo energético sin equipo PowerControl =
Potencia instalada x Hr/año de utilización =
= 15 Kw x 4380 hr/año = 65700 Kwh./año
4.b) Consumo energético con equipo PowerControl =
a) En fase de plena potencia:
Potencia instalada x Hr/año plena potencia =
= 15 Kw x 1642,5 hr/año = 24637,50 Kwh./año
b) En etapa de ahorro:
Potencia instalada x (Vmin/Vmax)2 x Hr/año ahorro =
= 15 Kw x (175/220)2 x 2737,5 hr/año = 25980,20 Kwh./año
Consumo total = a) + b) = 50617,70 Kwhr/año
El ahorro de energía a obtener en un año de funcionamiento de la instalación, para los valores del ejemplo, con la utilización del equipo PowerControl, es del 23%.
Se obtendrá además un ahorro de energía adicional, derivado de la eliminación de las sobretensiones, que generalmente se producen cuando disminuye la demanda.
También se lograrán ahorros específicamente monetarios, producidos por la mayor vida útil de las lámparas y la disminución de los costos generales de mantenimiento del sistema, por extensión del período de tiempo entre intervenciones.
En situaciones de emergencia energética, el equipo PowerControl, puede programarse para reducir la potencia de la instalación hasta un 45%, durante la totalidad del tiempo de encendido, abarcando el horario pico de demanda
• Encendido: vía un reloj interno de tiempo real para el encendido programado o a través de una señal externa de fotocélula o reloj astronómico. Ambas posibilidades están incluidas en el equipamiento. El reloj de tiempo real permite una programación del encendido y de todo el ciclo de trabajo con la precisión de horas y minutos que el usuario requiera. En caso de producir el encendido vía fotocélula las restantes fases del ciclo de trabajo son luego gobernadas por el reloj de tiempo real. Reconexión del equipo luego de un corte de energía, realizando la curva de encendido y ubicándose nuevamente en el valor de tensión correspondiente según lo programado para dicha hora.
• Electrónica: posee una potente electrónica de control, completamente programable vía teclado con display de datos luminoso incorporado lo que permite la programación del equipo sin necesidad de opcionales.
• Comunicación: Cuenta con una interfase de comunicación con salida RS232 /RS485, ambas disponibles como opcionales.
• Ciclos de trabajo: gran flexibilidad en la utilización del equipo debido a la posibilidad de programación de todos los parámetros del ciclo en forma independiente para cada día de la semana. Esto permite obtener siete ciclos de trabajo diferentes, ajustados cada uno a las reales necesidades según el día de la semana que corresponda. Esta condición es de suma importancia dado que generalmente los fines de semana los horarios y la duración de las demandas pico de iluminación son sustancialmente diferentes del resto de los días y se pueden controlar en forma independiente día por día.
• Programación y control: independiente por fase. De esta manera se puede trabajar con diferentes tipos y niveles de carga y ahorro para cada una de las fases. Generalmente existen desequilibrios entre las diferentes fases de un mismo sistema por lo que se pueden programar y controlar cada una de ellas en forma independiente. Así, dado el caso, cada fase puede trabajar a valores de tensión diferentes y según ciclos de trabajo independientes, ajustados a las particularidades de cada una de ellas. Dispone de un teclado alfanumérico incorporado con display luminoso de LCD. La programación se realiza íntegramente desde el panel de control, no se requiere PC o teclado externo
• Conmutaciones: las conmutaciones para reducción o aumento de potencia se hacen de forma inteligente a fin de evitar el apagado temporal de las lámparas en ese momento crítico.
• Sistema de medición: medición en tiempo real de corriente, tensión y coseno φ de cada una de las fases. En función de estas lecturas, visualizables en el display, el equipo realiza los ajustes necesarios a los efectos de entregar a la línea los valores de tensión preestablecidos (tensión estabilizada) independientemente de las variaciones de entrada. Actúa también como sistema de seguridad detectando cortocircuitos en las espiras del autotransformador producto de un accionamiento simultáneo de dos o más contactores por falla de los mismos. El almacenamiento de los valores medidos permite el cálculo de los niveles de ahorro producidos y la visualización de los valores instantáneos en el display facilita las tareas de mantenimiento y programación. El display para visualizar los parámetros medidos es independiente del display de programación.
• By pass: el equipo dispone de un by pass manual y otro automático. El by-pass manual se utiliza para realizar maniobras y mantenimiento del equipo. El by-pass automático independiente por fase permite conectar a la tensión de línea a una fase determinada en caso de existir alguna falla en el control de la misma, evitando de esta manera el apagado de las luminarias.
• Protección de la red: en caso de un cortocircuito o sobrecarga en la red, el equipo desconecta la fase afectada, luego intenta tres reconexiones sucesivas y, en caso de persistir la falla, pone fuera de servicio esa fase a los efectos de proteger la instalación. Simultáneamente se acciona el by pass automático.
• Gabinete: de tipo exterior para amurar, protección IP54, construido en chapa BWG Nº 14 con refuerzos interiores en puertas y cuatro cerraduras de seguridad con sistema de llave única. Pintura de polvo poliéster texturado con protección contra radiación UV. Sobretecho con pendiente para escurrimiento de agua. Opcional de caja alojamiento de célula fotoeléctrica y gabinete adicional normalizado para alojamiento de equipo de medición trifásico y fusibles de instalación (para el caso de utilización en instalaciones nuevas).
• Protección contra descargas atmosféricas (opcional): a pedido se puede proveer con protección interna completa contra descargas atmosféricas y sobretensiones inducidas. Los dispositivos actúan en forma selectiva por coordinación energética, según Norma IEC 1024-1
• Señales de alarma: cuenta con una entrada adicional para monitoreo del estado de los interruptores termomagnéticos del circuito de iluminación, que puede ser procesada como señal de alarma
• Sistema de comunicación (opcional): a pedido se puede proveer con un sistema de comunicaciones mediante mensajes SMS para control y programación remota de la instalación y funcionamiento del equipo.
A las ya mencionadas ventajas del ahorro energético obtenido por estabilización y control de la tensión de alimentación, del aumento de la vida útil de las lámparas y de la reducción de los costos de mantenimiento, debemos agregar las siguientes ventajas adicionales derivadas de la utilización de PowerControl en redes de iluminación.
La utilización de este equipo permite iluminar a plena potencia durante las horas de mayor requerimiento en forma uniforme, sin la necesidad, por razones de ahorro de encender solamente el 50% o el 33% de las lámparas del sistema como se acostumbra en muchos lugares. En la etapa de ahorro, también se mantienen encendidas todas las luminarias, manteniendo de esta manera la uniformidad de la iluminación y evitando los tan peligrosos conos de luces y sombras que genera el encendido de sólo algunas de las lámparas del sistema. La transición de la fase de plena potencia a la fase de ahorro se produce en forma suave, permitiendo una variación progresiva de los niveles de luminosidad, que tornan este nuevo estado de funcionamiento casi imperceptible para los usuarios de la calle.
Se trata de un equipo de construcción modular sencilla y robusta, con utilización de elementos de reconocida calidad. El control es totalmente electrónico, y los elementos de potencia calculados para ciclos de actuación muy superiores a los que utiliza el equipo, resultan en un mantenimiento mínimo, limitado sólo a revisiones periódicas de rutina.
Los importantes ahorros derivados de la utilización del equipo se traducen en una rápida amortización de la inversión. El período de amortización es variable y depende fundamentalmente de la potencia del equipo instalado, de la relación de horas de ahorro y horas de plena potencia, del costo de la tarifa energética, del costo y potencia de las luminarias y del costo de la mano de obra de mantenimiento.