Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

Transcripción

1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico Consideraciones técnicas en el desarrollo e implementación de la domótica en proyectos residenciales Por: Angélica Arroyo Durán Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre del 2012

2 Consideraciones técnicas en el desarrollo e implementación de la domótica en proyectos residenciales Por: Angélica Arroyo Durán Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Luis Fernando Andrés Jácome Profesor Guía Ing. Marvin Bustillo Piedra Profesor lector Ing. Wagner Pineda Rodríguez Profesor lector ii

3 DEDICATORIA Quisiera dedicar el presente trabajo primeramente a mis padres, Ramón y Nydia por todo su apoyo y dedicación durante toda mi vida. A mis hermanos Max y Nicolás por ser más que mis hermanos mis amigos. Y por supuesto, a mis compañeros y amigos de carrera con quien compartí la lucha y el esfuerzo, pero principalmente excelentes momentos. iii

4 RECONOCIMIENTOS A mi profesor guía Luis Fernando Andrés Jácome por la ayuda y orientación proporcionada. También a mis profesores lectores, Marvin Bustillo y Wagner Pineda por su ayuda durante el desarrollo de este trabajo. iv

5 ÍNDICE GENERAL 1 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Metodología CAPÍTULO 2: DESARROLLO TEÓRICO Domótica Historia Clasificación [1] Características principales de un sistema domótico [1] Componentes básicos [1] [3] Fases de una Instalación [1] [2] Sistemas a gestionar Estándares y sistemas comerciales [1] [4] Beneficios y factores v

6 3 CAPÍTULO 3. CRITERIOS DE DISEÑO PARA UN SISTEMA DOMÓTICO Generalidades Selección de conductores y actuadores Selección del tipo de diseño Elección de conductores y actuadores de acuerdo a la carga Cálculo de ductos Cable BUS Niveles de frecuencia y tensión Proyectos residenciales unifamiliares y condominios verticales residenciales Implementación de diseños domóticos y la normativa de la ARESEP AR-NTCVS. Calidad del voltaje de suministro [11] AR-NTACO. Instalación y equipamiento de acometidas [12] AR-NTCON. Uso, funcionamiento y control de Contadores de Energía Eléctrica [13] 66 vi

7 3.7.4 AR-NTGT. Calidad en el Servicio de Generación y Transmisión de Energía Eléctrica [14] AR-NTSDC. Prestación del Servicio de Distribución y Comercialización [15] AR-NTCSE. Calidad de la Continuidad del Suministro Eléctrico [16] AR-MTCVS. Metodología para la evaluación de la calidad del voltaje de suministro [17] Fabricantes y compatibilidad de sistemas CAPÍTULO 4. IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DOMÓTICO Generalidades Realización e instalación de un sistema domótico Instalación de un sistema BUS Tipo de cableado Elección y posición del cuadro eléctrico Posicionamiento de las cajas de derivación Elección de conductores Trazado de conductos CAPÍTULO 5. AUTOMATIZACIÓN Dispositivos de mando y actuadores vii

8 5.1.1 Niveles de direccionamiento Distancias máximas y consumos Distancias máximas para conectar los actuadores en función de la carga Distancia máxima para conectar la interfaz de contactos CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones BIBLIOGRAFÍA APÉNDICES Apéndice 1. Dispositivos actuadores: elección de los actuadores en función del tipo de carga Apéndice 2. Especificaciones técnicas del Cable BUS L4669-L4669/ viii

9 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 3.1 Esquema de diseño localizado [6] Figura 3.2 Esquema de diseño centralizado [6] Figura 3.3 Esquema de diseño optimizado [6] Figura 3.4 Conexión de actuadores [7] Figura 3.5 Elección de actuadores en función del tipo de carga [8] Figura 3.6 Datos técnicos del cable BUS L4669 [9] Figura 4.1 Integración de un sistema domótico [10] Figura 4.2 Componentes de un sistema domótico [6] Figura 4.3 Sistema de control domótico [6] Figura 4.4 Ejemplo de cableado con estructura libre [10] Figura 4.5 Ejemplo de cableado con estructura en estrella [10] Figura 4.6 Esquema ambiente terciario [10] Figura 4.7 Esquema vivienda de una planta [10] Figura 4.8 Esquema vivienda de una planta, más de 3 cuartos [10] Figura 4.9 Esquema de vivienda de varias plantas [10] Figura 4.10 Trazado de conductos [10] Figura 4.11 Trazado de conductos [10] Figura 5.1. Esquema mando punto a punto [10] ix

10 Figura 5.2 Esquema mando de ambiente [10] Figura 5.3 Esquema mando de grupo [10] Figura 5.4 Esquema mando general [10] Figura 5.5 Ejemplo de distancias máximas [10] Figura 5.6 Distancia máxima para conectar la interfaz de contactos [10] x

11 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Principales características de los sensores [1] Tabla 2.2. Clasificación de sensores [1] Tabla 2.3. Modos de control en sistemas de iluminación [1] Tabla 2.4. Principales sistemas para la automatización [1] Tabla , NEC 2011 [5] Tabla NEC 2011 [5] Tabla (B)(3)(a), NEC 2011 [5] Tabla 3.4 Capítulo 9, NEC [5] Tabla 3.5 Valores eficaces de la tensión nominal en redes de distribución aéreas de carácter general. (Baja tensión, secundario) [11] Tabla 3.6 Valores eficaces de tensión nominal en redes de distribución aéreas de carácter general. (Baja tensión, secundario)[11] Tabla 3.7. Fabricantes y compatibilidad de sistemas Tabla 4.1 Ejemplo de sistema tradicional y sistema BUS Tabla 4.2 Coexistencia de cables [10] xi

12 NOMENCLATURA A AIDA CD CEDOM EIB GHz KWH LED m ma m 2 Máx. mm Ampere Asociación de domótica en Inmótica Avanzada Compact disc Asociación española de domótica European Installation Bus Gigahertz Kilowatts hora Light Emitting Diode Metro Mili Ampere Metro cuadrado Máximo (a) Milímetro MP3 MPEG Layer 3 NEC RAM ROM SCE National Electric Code Random Access memory Read only memory Sistemas de cableado estructurado xii

13 SIN TV V V ac V dc VAV Sistema Nacional Interconectado Televisión Volt Volt de corriente alterna Volt de corriente directa Volumen de aire variable xiii

14 RESUMEN En el presente proyecto se investigaron las principales necesidades para el diseño e implementación de la domótica en instalaciones eléctricas para proyectos residenciales. Primeramente se realizó una investigación teórica de la domótica en sí, su historia, los principales componentes de un sistema domótico, topologías, características y las diferentes aplicaciones de la domótica residencial. Posteriormente, se investigaron los requerimientos en la implementación de un diseño domótico. Se estudió paso a paso el procedimiento de diseño y los requerimientos a la hora de seleccionar los conductores, ductos, así como los demás componentes del sistema. Se especificaron los cambios en el diseño que se deben realizar a la hora de implementar un sistema domótico, así como las variaciones con respecto a un diseño convencional. También se analizaron los requerimientos de implementar la domótica en edificios residenciales unifamiliares, así como en condominios verticales. Finalmente, se estudiaron los requisitos más específicos para la implementación de la domótica, tales como el tipo de cableado, trazado de conductos, niveles de direccionamiento, distancias máximas y consumos. Para llegar a estos resultados se consultaron numerosas fuentes bibliográficas. Además, se conversó con varios expertos en el área para obtener una mirada desde el punto de vista práctico de la implementación de uno de estos sistemas. xiv

15 Se pudo concluir que la implementación de un diseño domótico no difiere tan drásticamente de un diseño convencional. Básicamente, se parte del diseño convencional y se agregan las modificaciones necesarias. No se contravienen ningunas de las normativas respectivas. xv

16 1 CAPÍTULO 1: Introducción La domótica se puede describir como la integración de la tecnología en el diseño residencial. Se refiere a la automatización de los sistemas más básicos a los más complejos que conforman el diseño residencial. Esta automatización puede incluir aspectos como los electrodomésticos, control de iluminación, así como control de calefacción, ventilación y aire acondicionado, así como sistemas de entretenimiento casero e integra estos dispositivos entre sí. El término domótica proviene de la unión del término en latín domus, que significa casa y el término griego tica, que implica funcionar por sí sola. En cuanto a su historia, la domótica empieza a dar signos de vida en los 1800s, cuando empezaron a brotar los primeros sistemas de control remoto. Sin embargo su auge se dio en la década de 1990, donde el término domótica se empezó a utilizar para describir cualquier sistema en donde la informática y la telemática se combinaran para respaldar actividades domésticas. A nivel doméstico la domótica se puede aplicar al control de los sistemas de iluminación, como por ejemplo luces activadas por movimiento o control remoto de los sistemas de luces. También se puede utilizar en el control de la temperatura por medio del control de los sistemas de calefacción y aires acondicionados. Finalmente un área muy importante es la seguridad, ya que se pueden integrar cámaras y sensores de muchos tipos que pueden ser monitoreados desde fuera de la vivienda. Con el avance diario de la tecnología es simplemente lógico que este avance se infiltrara en el diseño residencial y se pueda utilizar para optimizar y facilitar la vida diaria. 1

17 Es por eso que este trabajo se centrará en el diseño e implementación de la domótica en instalaciones eléctricas a nivel de proyectos residenciales. Es de vital importancia definir e investigar a fondo los requerimientos para esta implementación desde el punto de vista del diseño eléctrico, considerando los niveles de requerimiento eléctrico, tales como tensión o frecuencia, mínimos y máximos; así como las configuraciones de alambrado y conexiones eléctricas. También se determinarán las modificaciones necesarias a un diseño eléctrico existente para la implementación de los dispositivos y equipos que se utilizarán como parte de la domótica en una residencia. Además se deberá comparar estos requerimientos contra los indicados en la NFPA 70 o en la reglamentación técnica de la ARESEP y concluir si la implementación de esta tecnología va en contra de dichas normas. 2

18 1.1 Objetivos 1.2 Objetivo general Investigar y recomendar las necesidades para el diseño e implementación de la domótica en instalaciones eléctricas para proyectos residenciales Objetivos específicos Estudiar los requerimientos para la implementación de la domótica y definir si contraviene principios o normas indicados en la NFPA 70 o en la reglamentación técnica de la ARESEP. Investigar los requerimientos para la implementación de la domótica en proyectos residenciales unifamiliares y condominios verticales residenciales. Definir los cambios que deben implementarse en el diseño eléctrico por la utilización de dispositivos y equipos que se utilizarán como parte de la domótica en una residencia. Definir los niveles de requerimiento eléctrico, tales como tensión o frecuencia, mínimos y máximos y verificar que los mismos estén dentro de las regulaciones nacionales. 3

19 Indicar las configuraciones de alambrado y conexiones eléctricas que son exigidas en las diferentes áreas que se implementan con esta tecnología. 4

20 1.3 Metodología La metodología utilizada en el presente proyecto de investigación, con el fin de alcanzar los objetivos previamente descritos, se puede sintetizar de la siguiente manera: Primeramente se hará una investigación bibliográfica en el tema de domótica en general. Se hará énfasis en su historia y evolución, así como sus diferentes aplicaciones y derivaciones. Seguidamente, se investigará sobre su impacto al diseño residencial. Para este propósito se harán entrevistas a personas expertas en el tema y que trabajan en el área, por lo que tienen un gran conocimiento sobre la aplicación de la domótica en la actualidad. Se conversará con estas personas sobre el proceso de implementación de esta tecnología de principio a fin. Luego de conversar con personas expertas en el área se procederá a estudiar en detalle toda la bibliografía recomendada o proporcionada por dichas personas, para ya hacer un estudio enfocado en el tema del proyecto. Será importante estudiar los catálogos de productos de diferentes empresas que ofrecen la implementación de esta tecnología para familiarizarse con las diferentes ofertas y los manuales de requerimientos de cada tipo de dispositivos. 5

21 De ser posible, sería una buena experiencia de aprendizaje visitar una residencia o edificio que cuente con esta tecnología en un nivel significativo para así ver analizar su funcionalidad en la vida real. Se analizará tanto la norma NFPA 70 como la reglamentación técnica de la ARESEP para asociar dichas normas a la implementación de la domótica y concluir si son compatibles o no. 6

22 2 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico 2.1 Domótica La Asociación de domótica en Inmótica Avanzada (AIDA) define la domótica como la integración en los servicios e instalaciones residenciales de toda tecnología que permita una gestión energéticamente eficiente, remota, confortable y segura, posibilitando una comunicación entre todos ellos. El término domótica proviene de la unión del término en latín domus, que significa casa y el término griego tica, que implica funcionar por sí sola. La domótica integra dos elementos, la vivienda y la informática, incluye el conjunto de sistemas automatizados que permiten controlar manual o automáticamente las variables de una vivienda, tales como la iluminación, temperatura, seguridad, audio, video, riego, piscinas, puertas de acceso, entre otras. Estos sistemas pueden ser tan simples como controles remotos o tan complejos como sistemas controlados a través de computadoras y micro controladores que varían en niveles de inteligencia y automatización. La domótica aplica las nuevas tecnologías a las actividades cotidianas. 7

23 2.1.1 Historia Entre los años 1915 y 1920 empezó el nacimiento de los electrodomésticos, esto a raíz de la disminución de los sirvientes domésticos y por ello se necesitaron remplazos mecánicos económicos. Sin embargo, la electricidad doméstica solo era costeada por las personas de clase alta. Las primeras ideas de automatización residencial surgieron durante las ferias mundiales de los años 30 en Chicago y Nueva York. En 1966 Jim Sutherland, ingeniero de Westinghouse Electric, diseñó un sistema de automatización residencial llamado ECHO IV, sin embargo nunca se comercializó. El término casa inteligente fue acuñado por la Asociación Americana de Constructores en Durante muchos años la tecnología en el hogar se ha desarrollado a través de un aumento de las funciones propias y los equipos domésticos, pero este aumento en forma aislada, es decir, sin considerar otras posibilidades de mejora relacionadas con el control y la comunicación. Por ejemplo, en la capacidad de comunicación con otros equipos de la vivienda. Esta situación ocasionó que en el mercado se desarrollaran equipos totalmente independientes que funcionaban en forma autónoma sin necesidad de comunicarse con los demás dispositivos en el hogar. La introducción de la tecnología domótica en el mercado rompió con esta tendencia. Sin embargo, la automatización de equipos domésticos se 8

24 realizaba mediante un control de su alimentación eléctrica, lo cual tenía muy poco atractivo tecnológico. Con la invención del micro controlador, el costo del control electrónico cayó notablemente. Las tecnologías de control remoto e inteligente fueron adoptadas por la industria de servicios para edificios y por los fabricantes de electrodomésticos alrededor del mundo. En el sector doméstico la integración de sistemas a escala comercial coincidió con el despliegue de Internet. Empezó en los años 90 en Japón y Estados Unidos. Alrededor de esta época comenzó el desarrollo de las pasarelas residenciales y los nuevos métodos de acceso. Tras muchas investigaciones aparecieron los primeros dispositivos de automatización de edificios basados en la aún exitosa tecnología X10. X10 es el lenguaje de comunicación que utilizan los productos compatibles con X10 para hablarse entre ellos y que le permiten controlar las luces y los electrodomésticos de un hogar, aprovechando para ello la instalación eléctrica existente, y evitando tener que instalar cables. Todos los productos X10 son compatibles entre si por lo que se pueden combinar para formar el sistema más adecuado a las preferencias del usuario. Durante los años siguientes la comunidad internacional mostró un creciente interés por la búsqueda de la casa ideal, comenzando diversos ensayos con avanzados electrodomésticos y dispositivos automatizados para el hogar. Los primeros sistemas comerciales fueron instalados principalmente en Estados 9

25 Unidos y se limitaban a la regulación de la temperatura ambiente de los edificios de oficinas y no mucho más. A finales de la década de 1980 y principios de la década de 1990 se empezaron a incorporar los sistemas de cableado estructurado (SCE) para facilitar la conexión de todo tipo de terminales y periféricos entre sí, utilizando un cableado estándar y tomas repartidas por todo el edificio. A aquellos edificios que disponían de un SCE se les comenzó a llamar edificios inteligentes. Estos automatismos destinados originalmente a edificios y oficinas, se ha aplicado también a las viviendas particulares. Actualmente se divisan los comienzos de una revolución de los servicios para el hogar, donde las pasarelas residenciales, apoyadas con conexiones de banda ancha, conectarán inteligentemente todos los dispositivos del hogar, soportando una gran diversidad de servicios interactivos Clasificación [1] Los autores Cristóbal Romero Morales y Francisco Vázquez Serrano, en su libro Domótica e Inmótica: Viviendas y edificios inteligentes clasifican de la siguiente manera las edificaciones desde el punto de vista de domótica: Edificio automatizado. Se refiere a cualquier edificio o vivienda que posea algún tipo de automatismo con sistemas no integrados entre sí. Ante una solicitud prevista, da una 10

26 respuesta adecuada dentro de una gama acotada y ordenada al mecanismo correspondiente para que actúe en consecuencia. Incluye el confort, el ahorro energético y la seguridad. Edificio domótico. Una vivienda domótica es capaz de brindar servicios avanzados, optimizando las funciones dentro del hogar. La diferencia que existe entre el concepto de automatización y domótica, es que la domótica debe ser capaz de integrar los sistemas de control, las telecomunicaciones y la gestión integral de un recinto automatizado. Edificio Inmótico. La CEDOM define la inmótica como la incorporación al equipamiento de edificios comprendidos en el mercado industrial, de sistemas de gestión técnica automatizada de las instalaciones. Se refiere a la gestión técnica de edificios y por lo tanto está orientada a grandes edificios como hoteles, ayuntamientos, museos, oficinas, bancos, entre otros. Mientras que la domótica está orientada a casas unifamiliares, la inmótica abarca edificios más grandes, con fines distintos y orientados no sólo a la calidad de vida, sino la calidad del trabajo. Edificio Digital. También denominado hogar digital, su objetivo es la materialización de la convergencia de los servicios de entretenimiento, comunicaciones, gestión digital del hogar y de infraestructuras y equipamiento mediante las comunicaciones por redes de banda ancha, formando las nuevas redes del hogar. Existe una diferencia entre red domótica y red del hogar. El concepto de red del hogar es una evolución de la tradicional red informática local instalada en casa. Actualmente, se le han añadido nuevas redes de aplicaciones, 11

27 entretenimiento y comunicaciones, que se comunican entre sí mediante una pasarela residencial, la red domótica puede estar incluida dentro de la red del hogar como un componente más Características principales de un sistema domótico [1] Las principales características que debe tener un sistema de gestión técnica de un sistema domótico son los siguientes: 12

28 Edificio Inteligente Simple. El sistema de control debe ser simple y fácil de utilizar. La interfaz de usuario deberá ser sencilla e intuitiva de utilizar para permitir un aumento del confort. Modular. El sistema de control debe ser modular para evitar fallos que puedan llegar a afectar a todo el edificio. Además debe permitir la fácil ampliación de nuevos edificios. Flexible. Debe tener prevista la posibilidad de adaptaciones futuras, de forma que ampliaciones y modificaciones se puedan realizar sin costo elevado. Integral. El sistema debe permitir el intercambio de información y la comunicación entre diferentes áreas de gestión del edificio, de forma que los diferentes subsistemas estén perfectamente integrados. Criterios referentes al usuario final Posibilidad de realizar preinstalación del sistema en la fase de construcción. Facilidad de ampliación e incorporación de nuevas funciones. Simplicidad de uso. Grado de estandarización e implantación del sistema. Variedad de elementos de control y funcionalidades disponibles. Tipo de servicio postventa. Control remoto desde dentro y fuera del edificio. Facilidad de programación del sistema. Acceso a servicios externos: tele compra, tele formación, teletrabajo, ente otros. Criterios desde el punto de vista técnico 13 Topología de la red. Tipo de arquitectura Medios de transmisión. Tipo de protocolo Velocidad de transmisión.

29 2.1.4 Componentes básicos [1] [3] Tipos de señales Señales continuas. Estas varían de forma continua con el tiempo, pueden tomar infinitos valores posibles. Ejemplos de este tipo de señales son presiones y niveles de temperatura. Señales discretas. Estas varían en forma discreta con el tiempo, pueden tomar sólo un número finito de valores. Son de especial interés las señales que sólo pueden tener dos estados: encendido o apagado. A este tipo de señales se les llama señales binarias. Existe gran variedad de sensores como los de presencia, humos, de apertura de puertas, actuadores, etc. Sensores El propósito de un sensor es convertir las magnitudes de una determinada naturaleza a otra, generalmente eléctrica Características de los sensores: Tabla 2.1. Principales características de los sensores [1] Característica Amplitud Calibración Definición Diferencia entre los límites de medida. Patrón conocido de la variable medida que se aplica mientras se observa la señal de salida. 14

30 Error Exactitud Factor de escala Fiabilidad Histéresis Precisión Ruido Sensibilidad Temperatura de servicio Zona de error Diferencia entre el valor medido y el valor real. Concordancia entre el valor medido y el valor real. Relación entre la salida y la variable medida. Probabilidad de no error. Diferente recorrido de la medida al aumentarla o disminuirla. Dispersión de los valores de salida. Perturbación no deseada que modifica el valor. Relación entre la salida y el cambio en la variable medida. Temperatura de trabajo del sensor. Banda de desviaciones permisibles de la salida. Existen muchos tipos de sensores que se pueden agrupar en función de determinados criterios de clasificación. Tabla 2.2. Clasificación de sensores [1] Clasificación De acuerdo a su alimentación Tipo de sensor Activos Pasivos Descripción Deben ser alimentados eléctricamente a los niveles apropiados de tensión y corriente. Son los más comunes. Algunos ejemplos son las sondas de temperatura, son sensores cuya resistencia varía con la temperatura, haciendo variar la corriente que los recorre. No necesitan alimentación eléctrica. Estos no suelen usarse en domótica. Las señales que proporcionan son continuas. La salida de un sensor continuo 15

31 Continuos es una magnitud cuyo valor varía de forma continua en función de la variable De acuerdo al tipo de señal implicada Discretos Gestión climática medida. Algunos ejemplos son los de iluminación, temperatura, presión, humedad, etc. Las señales que proporcionan son discretas. Un sensor discreto dispone de un número finito de salidas posibles que corresponden a un número finito de estados posibles de la variable a medir. Mayormente son denominados detectores, ya que su funcionalidad es la detección de la presencia o ausencia de alguna de las variables. Algunos ejemplos son los sensores magnéticos de detección de apertura de puertas o ventanas, los sensores de presencia de humo, agua, gas, etc. Sensores de temperatura, termostatos, sondas de temperatura para inmersión, para conductos, para tuberías, sensores de humedad, de presión, etc. De acuerdo al ámbito de aplicación Gestión contra incendio Gestión contra robo Control de presencia Control de iluminación Sensores iónicos, termovelocimétricos, sensores ópticos, infrarrojos, de barrera óptica y sensores ópticos de humo. Sensores de presencia por infrarrojos, por microondas o por ultrasonidos, sensores de apertura de puertas o ventanas, sensores de rotura de cristales, etc. Lector de teclado, lector de tarjetas, identificadores corporales. Sensor de luminosidad. 16

32 Otros sistemas Sensores de lluvia, viento, CO, gas inundación, consumo eléctrico, consumo de agua, nivel de depósitos, etc. Acondicionadores de señal Las señales que entrega un sensor deben ser acondicionadas al controlador o sistema que las recibe. Los acondicionadores de señal son muy variados, pudiendo adaptar señales discretas para sensores resistivos, atenuadores pasivos para señales continuas, amplificadores, filtros, convertidores de tensión a frecuencia, etc. Unidad de Acondicionador Sensor control Variable eléctrica Variable eléctrica Variable física Actuadores acondicionada Son los dispositivos electromecánicos que actúan sobre el medio exterior y físicamente en el edificio. Convierten una magnitud eléctrica en otra de otro tipo, realizando el proceso inverso al de los sensores. Entre el controlador y los actuadores están los interfaces, los cuáles son acondicionadores que adaptan la señal a la entrada del actuador. 17

33 Unidad de Interfaz Actuador control Variable Variable eléctrica eléctrica adaptada Algunos dispositivos que pueden englobarse dentro del concepto de actuador son: Variable física Relé. Contactores. Reguladores o dimmers. Electroválvulas. Motores eléctricos. Resistencias eléctricas. Interfaces La señal entregada por el controlador no siempre presenta características compatibles con el actuador. Para solucionar este problema se deben colocar interfaces que actúen de etapa de potencia, amplificando en tensión o en corriente las señales suministradas por los controladores de baja potencia. La mayoría de los fabricantes incluye en el mismo módulo el actuador y su interface. 18

34 Infraestructura La infraestructura de un sistema domótico es la encargada de llevar la información que producen los sensores hasta el sistema de control y de alimentarlos con la tensión eléctrica adecuada. Existen tres topologías de cableado: Topología en bus o sistemas distribuidos. En esta topología un cable recorre todos los dispositivos a controlar. También se puede diferenciar entre varias posibilidades: o Sistemas cuyos dispositivos se comunican entre sí mediante un cable que les proporciona además la energía para funcionar. Es decir, el cable hace de bus de comunicaciones y de transistor de alimentación. Este tipo de estructura es la habitual en los sistemas basados en transmisión por corrientes portadoras. o Sistemas que necesitan un cable para el bus de datos y otro diferente para la energía. o Sistemas híbridos entre los dos anteriores. Topología en estrella o sistemas centralizados. En esta topología desde el núcleo central de proceso de datos sale una línea a cada sensor o actuador del sistema de gobierno. Esto implica, claro, mayor cantidad de cableado. Topologías mixtas: 19

35 o Topología mixta bus-estrella. En este caso se tiene varias estrellas unidas por un bus. o Topología estrella-estrella. En este caso cada planta tiene una estrella y todas las estrellas están unidas al núcleo. Unidad de Control Una unidad de control gestiona toda la instalación, recibiendo las señales que proporcionan los sensores y emitiendo las señales que llegarán a los actuadores. Además posibilita la conexión con las interfaces de usuario adecuados. Sistemas centralizados. En este tipo de sistema la unidad de control está concentrada en un único dispositivo en el que se ejecuta un programa previamente introducido. Sistemas distribuidos. En este tipo de sistema el control se encuentra descentralizado y se alberga parte en cada uno de los componentes. De esta forma las instalaciones son mucho más flexibles e independientes. Sin embargo debe existir un protocolo de comunicaciones entre los diferentes componentes. La unidad central, en caso de que exista como tal, se caracteriza principalmente por el número de entradas y salidas que permite conectar. Por tanto existen los siguientes tipos: 20

36 Entradas digitales. Estas permiten a la unidad central conectarse a algún sensor o dispositivo que emita una señal digital binaria. Detectan dos posibles estados, relacionados con la presencia o ausencia de señal en el sensor. Entradas analógicas. Permiten conectar algún dispositivo o sensor que pueda variar de forma continua entre dos límites. Salidas digitales. Se utilizan para atacar a algún actuador, que admita señales todo o nada. Se debe tomar en cuenta la potencia máxima que es capaz de suministrar cada salida, siendo necesaria la utilización de relés en caso de que ésta se supere. Salidas analógicas. Se utilizan para accionar algún dispositivo que requiera de un tipo de entrada analógica. Además de sus entradas y salidas, la unidad de control puede estar compuesta de diversos componentes, como son el hardware de proceso de datos, el de entrada/salida y el hardware de relación con el usuario, aunque en la mayoría de los casos, los dispositivos vienen de forma compacta en un único aparato Fases de una Instalación [1] [2] Preparación para la instalación Consiste en preparar el edificio o vivienda para poder añadir en ese momento o más adelante un sistema inmótico o bien implementarlo en una instalación ya existente. 21

37 Definición de la infraestructura. Se refiere sobretodo al cableado para garantizar que llegue a todos los elementos de campo y se tengan presentes futuras aplicaciones. Consiste en dejar canales a través de los cuáles pasar en un futuro bandejas, tubos o cables que intercomuniquen los elementos de campo con el procesador central. En el caso de las viviendas, estas suelen tener topología de bus. Se debe tener previsto el alojamiento donde albergar la futura central domótica con la entrada general de tensión. Así mismo es habitual dejar tubos vacíos desde el mencionado alojamiento hasta el centro de los techos de todas las habitaciones. Coordinación de sistemas. Esto al integrar todos los sistemas, tanto los autónomos como los no autónomos. Recomendaciones: o Cuadro eléctrico: será necesario prever en el cuadro eléctrico el espacio suficiente para la colocación de protección adicional y contactores, así como los demás dispositivos domóticos necesarios. o Circuitos eléctricos: se debe prever la existencia de un mayor número de circuitos eléctricos en el edificio. o Cableado: se debe considerar la existencia de un entubado específico para las señales de control. Sin embargo, las necesidades de cableado varían según la tecnología utilizada. 22

38 Trabajos en la obra Consiste en la instalación propiamente dicha del sistema domótico. Es muy importante documentar bien la instalación, cada bandeja, cada caja de registro, tubo, cable deben estar bien identificados en el plano y hojas de la obra. Es conveniente tener en cuenta los siguientes puntos: Unidad de control central. De existir y estar incluidas en el cuadro eléctrico, es necesario dimensionarlo correctamente. En aquellas unidades centrales instaladas en la pared, se deberá considerar la ergonomía de uso, colocándola en un lugar de fácil acceso para el usuario y que no influya en la decoración de la estancia. Los sensores y actuadores. Se debe examinar con detenimiento su ubicación, elegir un lugar desde donde se mida bien el valor y puedan actuar de forma correcta. Se debe tomar en cuenta que se deben mantener alejados de fenómenos externos que puedan afectar su funcionamiento. Puesta en marcha Esta etapa consiste en el arranque o puesta en marcha del sistema inmótico previamente instalado. Se deben realizar ensayos y verificaciones. La puesta en marcha abarca los siguientes puntos: Comprobaciones. El instalador debe verificar que toda la instalación funcione de forma adecuada. Se debe verificar que los sensores capten y emitan información 23

39 correctamente, que los actuadores sean controlados por el sistema, que el ordenador central opere de forma apropiada y que el interfaz de usuario funcione correctamente. Además se debe comprobar que la instalación física coincida con el plano y con las especificaciones aprobadas, que se ha previsto la continuidad de cortocircuitos a otras redes o a tierra y que existe resistencia de aislamiento. Formación. El personal autorizado debe enseñar al usuario tanto el funcionamiento del sistema, como conceptos de seguridad, control de climatización, iluminación, etc. Esto es necesario ya que cuanto mejor conozca el usuario el sistema de control, mayor partido y satisfacción le proporcionará. Monitorización. Esta etapa consiste en la instalación y puesta en funcionamiento de un software o programa informático que permite monitorizar el sistema. Mantenimiento Esta última etapa consiste en la comprobación del correcto funcionamiento y reparación del sistema domótico cada cierto tiempo. Es necesario conocer las necesidades de mantenimiento de los elementos domóticos para poder realizar las acciones apropiadas. Se recomienda comprobar el estado de los sensores y actuadores, verificar cuál es su vida útil para prever su sustitución, así como provocar su funcionamiento con el fin de comprobar que lo hacen correctamente. 24

40 2.1.6 Sistemas a gestionar En un edificio inteligente existe una gran cantidad de sistemas a gestionar, también se les llama servicios o aplicaciones y se utilizan diferentes criterios de clasificación a la hora de agruparlos. Gestión de la Energía Se trata de optimizar el gasto energético de todos los sistemas que utilizan energía. Divide el edificio en circuitos prioritarios en los que no se debe cortar nunca la corriente y circuitos no prioritarios, los cuales se controlan en función de la energía consumida. La gestión de la energía se encarga de: Uso racional de la energía. Prioridad en la conexión de cargas. Se establece una tasa máxima de consumo simultáneo y un orden de prioridades en los actuadores para desconectarlos en orden cuando se sobrepasa. Uso de tarifas especiales. Deriva el funcionamiento de equipos a zonas horarias con tarifas más económicas. Aprovecha las horas valle donde es más barato el Kwh y utiliza sistemas receptores que tenga funcionamiento acumulador. Utilización de sistemas de acumulación. Se alimentan en tramos horarios de menor costo y luego entregan la energía acumulada. Zonificación de la calefacción y aire acondicionado. 25

41 Programación de la climatización. Dispositivos utilizados en la gestión de la energía: Racionalizador. Es un aparato que mide el consumo energético de una instalación y cuando se llega a los niveles prefijados conecta o desconecta dispositivos. El objetivo principal es que en ningún momento se supere la máxima potencia contratada para la instalación. Existen dos tipos: Racionalizador amperimétrico. Compara constantemente la energía eléctrica consumida con la de referencia y en caso de superarla actúa sobre los circuitos no prioritarios. Racionalizador cíclico. Permiten establecer una rotación y tiempos de desconexión para que no haya sistemas más penalizados que otros. Sistemas acumuladores. Permiten utilizar las horas de tarifa nocturna, que tiene hasta un 50% de ahorro por Kwh comparada con las horas diurnas. Control selectivo de las cargas. Consiste en desconectar dispositivos en orden de prioridad en función del nivel de consumo sobrepasado con respecto al máximo. El controlador recibe toda la información de las medidas de corriente y en función de los consumos y el orden de prioridad, desconecta o no la carga. Funciones: 26

42 Programación y zonificación de la climatización y de equipos domésticos. Racionalización de cargas eléctricas. Esto incluye la desconexión de equipos de uso no prioritario en función del consumo eléctrico en un momento dado, así se reduce la potencia contratada. Gestión de tarifas eléctricas, derivando el funcionamiento de algunos aparatos a horas de tarifa reducida o aprovechándolas mediante acumuladores de carga. Detección de apertura de ventanas y puertas. Zonas de control de iluminación con encendido y apagado de luces interiores y exteriores dependiendo del grado de luminosidad, detección de presencia, etc. Gestión del Confort La gestión del confort se encarga de facilitar al usuario la obtención de un mayor nivel de comodidad en las actividades que desarrolle dentro de la vivienda o edificio. No tienen relevancia el consumo energético o la seguridad. Su principal objetivo es la interacción del individuo con el medio que lo rodea, para lo cual se debe lograr control, en el mayor grado posible, las variables físicas que afectan el hábitat. Funciones: Apagado general de todas las luces de la vivienda y automatización del apagado/encendido de cada punto de luz. Regulación automática de la iluminación según el nivel de luminosidad ambiente. 27

43 Integración del portero electrónico al teléfono o del video puerto al televisor. Accionamiento automático de persianas y toldos, así como control de sistemas de riego. Automatización de todos los distintos sistemas, instalaciones y equipos, dotándolos de control eficiente y de fácil manejo. Supervisión automatizada de cualquier dispositivo electrónico. Control de la climatización y ventilación hidrorregulable que permita una mayor ventilación y humedad, así como una mejora en la salubridad. Regulación de la iluminación Se basa en conceptos como cantidad de luz, número de puntos de luz, intensidad, tipo de regulación. El sistema de regulación puede ser manual o automático. El gobierno del sistema de iluminación puede ser autónomo, en este caso cada habitación se controla independientemente, o puede ser centralizado, en este caso se controla una unidad central. Existen los siguientes modos de control: Tabla 2.3. Modos de control en sistemas de iluminación [1] Modo biestable Modo analógico sin Modos de control Todo o nada, las luces están o encendidas o apagadas. Modifica el grado de luminosidad de una o varias lámparas mediante el control electrónico de la corriente o tensión administradas. El gobierno se 28

44 regulador Modo analógico con regulador puede hacer mediante impulsos, tiempo de pulsación o potenciómetro regulable. Permite modificar el nivel de iluminación tomando en cuenta distintas variables. El sistema funciona atendiendo a los valores de los sensores que hacen que la intensidad de las lámparas asociadas al regulador sea mayor o menor Regulación de la temperatura Calefacción. El sistema de calefacción puede utilizar combustibles gaseosos, líquidos o sólidos. El equipo de control de calefacción gestionará a multitud de radiadores. Es el sistema encargado de controlar a más alto nivel toda la instalación de calefacción, activa o desactiva el flujo energético principal. También dispone de señales de entrada, estas pueden ser la temperatura exterior, paro/marcha manual, gobierno a distancia por modem, etc. El sistema incluye también un termostato, un dispositivo que regula automáticamente la temperatura y la mantiene a un valor determinada. Refrigeración. Su esquema es el mismo que el anterior, solo que se sustituyen los radiadores por aire acondicionado. Su objetivo es disminuir la temperatura ambiente. 29

45 Regulación del aire o ventilación. El objetivo de la regulación de aire es aportar aire fresco y purificado y la evacuación del aire viciado por humos o gases. Existe tanto la ventilación natural como la artificial. Sistema VAV. El sistema VAV o volumen de aire variable es un sistema que permite regular de forma individual cada habitación. Utiliza un circuito de circulación por donde se impulsa el aire que luego se retorna. Un regulador controla un servomotor que ataca una compuerta que deja pasar el aire que ya viene impulsado. Un ventilador se encarga de distribuirlo por toda la habitación y el aspirador vuelve a tomar aire de la habitación y lo lleva de vuelta para realizar el proceso de vuelta. Control de automatismos Son sistemas que controlan algún tipo de automatismos. Normalmente, controlan las acciones que conllevan cierto grado de incomodidad o requieren precisión. Es importante que se tomen medidas de seguridad y de protección para las personas y que exista la posibilidad de actuación manual sobre el sistema. Algunos ejemplos de estos sistemas son: Accionamiento automático de persianas y toldos Accionamiento automático de electrodomésticos Elementos auxiliares aplicados al confort 30

46 Se utilizan en funciones complementarias en sistemas de confort. Mandos por infrarrojos. Es un sistema emisor de luz infrarroja que mediante un teclado emiten señales digitales codificadas en forma de luz infrarroja. Necesita de un elemento receptor de infrarrojos que recibe la señal emitida, la decodifica y la procesa para realizar la acción asociada a dicha señal. Mando por radiofrecuencia. Este sistema es igual al infrarrojo con la diferencia que la señal emitida es de radiofrecuencia. Normalmente se trata de una señal modulada en frecuencia sobre la que se codifica el código de la tecla pulsada. Control a través del módem telefónico. El acceso al modem se realiza mediante un teléfono, con una llamada al número telefónico asignado al punto de acceso donde está conectado el módem y se envían las señales codificadas con la información de la acción que se quiere realizar en la instalación. Este sistema permite un control a distancia de los distintos sistemas. Control a través de internet. Se utiliza un ordenador remoto que se conecta vía internet a un ordenador local que gobierna la instalación. La interacción del usuario con el sistema se realiza a través de una aplicación o página web. Temporizadores. Permiten la generación de órdenes de actuación a distintos receptores dependiendo de la secuencia temporal. Normalmente dispone de n salidas que pueden estar activas o no durante una secuencia cíclica temporal. 31

47 Otros servicios Sonorización Aspiración Ascensores Accionamiento automático de riego Unidades de control activadas por la voz. Gestión de la seguridad Su principal objetivo es la protección frente a los distintos agentes y factores que ponen en peligro la seguridad. Principales objetivos: Detectar situaciones de peligro o riesgo. Avisar mediante sistemas sonoros o vía módem. Realizar actuaciones orientadas a las personas y a las instalaciones. Elementos básicos que componen un sistema de seguridad: Elementos sensores. Son componentes que detectan cambios físicos y químicos y envían la señal de aviso a la central de alarmas. Sistemas de control, central de alarmas. Procesa las señales de los sensores. Elementos de aviso y señalización. Se encargan de avisar de la alarma. Existen los locales, a distancia y especiales. 32

48 Elementos de actuación. Se encargan de realizar acciones para proteger a las personas. Algunas de estas acciones pueden ser cerrar válvulas de gas, cortar la energía o el paso de agua, activar el circuito contra incendios, etc. Tipos de sistemas de seguridad Sistemas de alarmas técnicas. Estas se activan cuando se produce una variación de un parámetro físico o químico en el medio. Sirven para detectar incendios o inundaciones. Sistemas antirrobo. Se encargan de impedir la entrada de personas ajenas al edifico o vivienda. Utilizan detectores de presencia, así como simuladores de presencia que encienden las luces abren o cierran puertas. Sistemas de control de acceso. Permiten controlar el paso de personas mediante el uso de detectores de metales, etc. También identifican personas mediante tarjetas magnéticas, llaves codificadas, lectores de huellas dactilares, etc. Sistemas de alarmas médicas. Estos sistemas controlan parámetros bilógicos como presión arterial, azúcar en la sangre, etc. Funciones para la gestión de la seguridad de los bienes: Gestión del control de acceso con reconocimiento o identificación de los usuarios. Control de presencia y detección de intrusismo y de la posterior persuasión. 33

49 Detección de rotura de cristales y forzado de puertas. Simulación de presencia, memorizando acciones cotidianas para su repetición. Video vigilancia a través de cámaras. Funciones para la gestión de la seguridad de las personas: Tele asistencia y telemedicina para las personas mayores, enfermos o discapacitados. Acceso a los servicios de vigilancia sanitaria, policía, etc. Funciones para la gestión de incidentes y averías: La detección de todo tipo de averías de agua, gas, etc., además del control de las mismas. Detección de incendios y alarmas Detección de averías en los accesos, ascensores o cualquier otro sistema. Gestión de las Comunicaciones o Gestión de la Información Aplicaciones para la gestión técnica de la información: Control y monitorización remotos de la instalación domótica, así como poder comprobar su estado actual utilizando línea telefónica, Internet, etc. 34

50 Transmisión de alarmas activadas a centrales de alarmas, llamadas telefónicas, SMS, mensajes de voz, etc. Envío al exterior de cualquier alarma que se produzca en la vivienda o edificio. Intercomunicación interior de todos los servicios electrónicos del hogar. Comunicación de información con el exterior, con servicios telemáticos. Elementos de un sistema de comunicación: Emisores de señal. Los emisores de señal generan la información, la codifican y la colocan en el medio. Dicha información puede ser datos y protocolos de control o señalización. Receptores de señal. Son los encargados de decodificar la información y presentarla al destinatario. Medio físico de transmisión. Corresponde al medio a través del cual circula la información. Este puede ser par o hilo trenzado, cable coaxial apantallado, fibra óptica, infrarrojos o ultrasonidos. Existen dos tipos de comunicaciones, internas y externas. Comunicaciones externas. Este tipo de comunicaciones permite la transmisión o el intercambio de información de la instalación con el exterior. Algunos ejemplos son: 35

51 Control remoto del sistema vía telefónica. Permite la gestión de cargas desde un teléfono convencional aprovechando la línea telefónica. Control remoto del sistema a través de Internet. Permite la gestión de cargas desde un ordenador remoto que se conecta vía Internet a un ordenador local conectado a la instalación. Centrales telefónicas. Sistema de recepción y distribución de la señal de TV. Permite la recepción de la señal de TV, ya sea terrestre, satélite o por cable y su distribución por el edificio. Comunicaciones internas. Este tipo de comunicaciones permite la transmisión y el intercambio de información dentro de la propia instalación. Algunos ejemplos son: Circuito cerrado de TV. Son sistemas de vigilancia que permiten la supervisión mediante cámaras de TV de diferentes zonas de una edificación en uno o varios monitores. Sistemas avanzados de video portería. Permiten visualizar una señal de video puerto desde cualquier equipo de TV y el desvío de llamadas del portero automático a un número de teléfono programado. 36

52 Sistema de gestión a distancia. Permite la gestión de la instalación a distancia sin necesidad de cableado, utilizando telemandos, ya sea por radiofrecuencia o por infrarrojos. Sistema de intercomunicación por telefonía. Permite la gestión eficaz de las comunicaciones de voz dentro del mismo edificio. Sistemas de comunicación de datos. El sistema más conocido de comunicación de datos consiste en el uso de redes área local, que permite compartir los recursos y la información de los diferentes ordenadores y dispositivos de la red local. En la actualidad ha salido a relucir las pasarelas residenciales, estas permiten interconectar una red domótica con una red de comunicación de datos como una red local o incluso con el internet. La convergencia entre estos tres tipos de redes se realiza mediante una pasarela residencial que facilita la conexión a internet de cualquier dispositivo eléctrico, de video o audio. Gestión del Entretenimiento Servicios: Video bajo demanda, videoconferencia y grabaciones de video. TV interactiva, publicidad interactiva y canales virtuales. Emisiones deportivas, noticias, videos musicales y audio en tiempo real. 37

53 Control de visionados y guía de programación. Juegos de consolas y juegos de TV interactiva. Descargas de CD, MP3, etc. Gestión de Servicios para Discapacitados Conexión directa con el exterior. Automatización de todos los elementos de la vivienda. Mando de control a distancia único y de fácil funcionamiento mediante un pulsador, por barrido o mediante la voz. Luces guías, interruptores con símbolos y sensibles al tacto. Apertura automática de puertas. Gestión de servicios específicos de edificios En el caso de los hoteles se potencia todos los servicios que requieren un control de acceso personalizado en las habitaciones y salas o zonas de pago, supervisión de la ocupación y la productividad. Para los hospitales, los servicios más controlados son la energía y seguridad personal. Estos requieren un control de la calidad ambiental y de aislamientos en quirófanos y zonas con posibilidad de contagio. 38

54 En los museos se requiere un control de la seguridad, así como controles de la humedad, la calidad del aire y de otras variables que puedan afectar la conservación de las obras de arte Estándares y sistemas comerciales [1] [4] Si bien los sistemas constantemente varían con el avance de la tecnología y a menudo surgen nuevos, algunos de los principales sistemas para automatización de edificios se pueden resumir en la siguiente tabla: Tabla 2.4. Principales sistemas para la automatización [1] Tipo de Nombre Características principales sistema Uno de los protocolos más antiguos. Es un sistema descentralizado que utiliza como medio transmisor X-10 de mensajes la propia red eléctrica. No es propietario, cualquier fabricante puede producir dispositivos X-10. Sistemas por corrientes portadoras. European Installation Bus. Estándar orientado a la gestión técnica de edificios. Sistemas estándar EIB Sistema por bus de datos, es un estándar europeo, no es propietario. Sistema descentralizado, la programación de los elementos se realiza de forma individual y a través del PC, cada componente tiene incorporado un controlador independiente. 39

55 Sistemas propieta rios Similar a EIB pero mucho más difundido de EEUU que en Europa. Se basa en la utilización del protocolo Lontalk para redes de control, el cual implementa las siete capas del modelo OSI. Sistema de control distribuido, basado en un conjunto de nodos independientes, interconectados entre sí. Cada uno de ellos dispone de un Neuron Chip, un circuito integrado que cuenta con tres procesadores, memoria de lectura y escritura RAM, memoria de sólo lectura ROM y subsistemas de comunicación y entrada y LonWorks salida. Se programa con el lenguaje Neuron C y es independiente del medio de transmisión. La comunicación se realiza mediante paquetes, cada dispositivo dispone de una dirección y analiza todos los paquetes para determinar si corresponde a su dirección. Cada dispositivo tiene un transceptor para conectarse físicamente a la red. Otros EHS, Batibus, Konnex, HES, Cebus, HBS, BACnet, etc. Sistema centralizado, orientado a la gestión de pequeñas y medianas instalaciones. Se configura desde un software mediante SIMON-VIS preguntas y respuestas. El módulo de control tiene módulos de entrada y salida para recibir o enviar señales. Maoirdomo, Amigo, Biodom, Cardio, Concelac, Son multitud de sistemas comerciales propietarios con cierta Dialogo, implantación a nivel mundial. 40

56 Domaike, Domotel, PLC, SSI, Starbox, etc. Estándar Bluetooth, es HomeRF, Corresponden a protocolos o sistemas provenientes de otros ámbitos, relaciona Sharewave, como las redes informáticas, telefonía móvil, etc. dos OSGi, UPNP, UMTS, etc. Basados en Soluciones basadas en autómatas muy implantadas en ámbitos sistemas industriales. Existen en infinitud de marcas, como Siemens, Omrom, industriales Schneider, etc Beneficios y factores La domótica e inmótica aportan una gran cantidad de beneficios, no sólo a los usuarios de la propia vivienda o edificio sino también a otros actores o sectores involucrados. Beneficios que proporcionan la domótica a los usuarios finales: Ahorro energético de los sistemas y consumos. Potenciación de la propia red de comunicaciones. Aumento de la seguridad personal y patrimonial. Aumento del confort y la calidad de vida. Gestión remota de instalaciones y equipos domésticos. 41

57 Disponibilidad de servicios telemáticos. En la actualidad, muchos factores que contribuyen al buen desarrollo de los edificios inteligentes. Factores específicos para la inmótica (punto de vista de los edificios): Boom de la información y las comunicaciones. Aumento de la seguridad de las personas y de las instalaciones. Aumento de la productividad de la empresa. Encarecimiento de los costos energéticos. Mejora del ambiente de trabajo. Factores específicos para la domótica (punto de vista de las viviendas): Seguridad de las personas y los bienes. Mayor tamaño de las viviendas. Aumento del tiempo libre y del ocio. Mejora del ambiente doméstico. Salud y bienestar. Además existen una serie de factores genéricos que aplican para ambos casos: Reducción de los precios de electrónica e informática. Aumento de los tipos de redes, internet, bus, campo, etc. 42

58 Ayuda a la sostenibilidad de los edificios y conciencia medioambiental. Aumento de la oferta y sobre todo de la demanda social de esa tecnología. Sin embargo, existen factores que ralentizan el desarrollo de los edificios inteligentes, limitando su implantación: Reducido conocimiento por parte de la población en general. Actitud frente a los avances tecnológicos, ya que estos se ven como lujos innecesarios cuando en realidad, llegarán a ser una necesidad como lo son el teléfono o la televisión. Precio elevado de los elementos inteligentes, sistemas y dispositivos. Gran cantidad de estándares y sistemas distintos que no son compatibles entre sí. Existencia de diversos protocolos de comunicación. Ausencia de normativa específica. Cierta dificultad de uso, programación y mantenimiento. Finalmente se tienen los siguientes factores para el desarrollo de la domótica e inmótica: Se debe cambiar la mentalidad en la oferta, no en la demanda. Se debe conocer las necesidades reales de los usuarios y los protocolos deben diseñarse para satisfacer estas necesidades y no otras. 43

59 El control domótico será sólo un valor añadido cuando cubra necesidades concretas, siendo la tipología de vivienda lo de menos relevancia. Al usuario no le importa la tecnología que hay detrás de un producto, sistema o instalación. El objetivo es la funcionalidad, fiabilidad, ergonomía, facilidad de uso y servicio post venta. 44

60 3 Capítulo 3. Criterios de diseño para un sistema domótico 3.1 Generalidades Los sistemas de automatización trabajan en tres ramas: automatización, la cual incluye luces, motores, gestión de energía y aire acondicionado, difusión sonora y seguridad. A la hora de proceder con el diseño y la instalación eléctrica de un sistema domótico, para el caso de la automatización o del control de cargas, principalmente cargas de iluminación, el procedimiento a seguir es el de interrumpir la fase de la luminaria con un tipo de relevador inteligente. Normalmente se tiene varios equipos, por lo que en este caso se van a necesitar varios relevadores. Es por esta razón que todos los distintos relevadores se centralizan en un tablero domótico. El retorno llega a un tablero domótico y se alimenta de la fase correspondiente. Todos los relevadores y comandos, puntos donde se accionan las cargas, son comunicados por un cable de bus que lleva una señal de control. Se puede decir que en este tipo de sistemas no se tienen interruptores, sino que se tienen comandos de control en comunicación con los relevadores de un tablero. Al tener varios retornos o fases de cargas, se tienen varios relevadores. La alimentación de estos relevadores se hará en base a la fase del circuito correspondiente al plano eléctrico. Si se respeta el procedimiento anterior, el plano eléctrico no se verá alterado de ninguna manera en cuanto al balance de cargas y distribución de la energía. 45

61 La norma NFPA 70 no hace un detalle de enfoque para las señales de control o bajo voltaje. Además los sistemas de automatización no manejan un sistema alterno, sino señales de control en corriente directa, por esta razón, los alimentadores o transformadores de 110 VAC a 27 VDC que se utilicen en el sistema deben estar propiamente certificados o con sello por parte de un ente certificador. Con respecto a los sistemas de sonido y seguridad, éstos funcionan bajo un esquema similar al del sistema de automatización. Se tiene una fuente de alimentación con transformador, esta envía la señal correspondiente a los sensores de alarma, entradas de sonido y amplificadores. Como recomendación eléctrica se sugiere colocar algún tipo de protección termo magnética para cada fuente de alimentación, para esto se debe poner especial atención a la corriente máxima proporcionada por cada fuente en particular. La razón de esto es más que todo para situación de mantenimiento y una protección para el sistema domótico en el tablero principal. En caso de que se desee implementar un sistema domótico en una edificación ya existente, se puede trabajar de forma inalámbrica a una frecuencia de 2.4GHz o colocar equipo como lo son los comandos-actuadores donde lo que se requiere es llevarle el cable de comunicación. 46

62 Se respetarán los mismos requerimientos de materiales, entubados, cálculo de protecciones, dispositivos de aterrizamientos, barras de tierra, etc. 3.2 Selección de conductores y actuadores A la hora de realizar el diseño eléctrico en una vivienda automatizada se debe empezar por definir la carga, de la misma manera que para un diseño de una vivienda tradicional. Para el caso de la iluminación y los tomacorrientes, esta carga se va a definir de acuerdo con la tabla del código eléctrico. De esta manera se calcula la carga a considerar de acuerdo con el área en metros cuadrados de la sección de la vivienda a considerar. Se debe verificar la situación real de la carga y compararla contra la estipulada en la tabla y diseñar para el peor de los casos. 47

63 Tabla , NEC 2011 [5] 48

64 Una vez determinada la potencia aparente se debe determinar el número de circuitos ramales que se tendrán. Para esto se debe escoger la capacidad de corriente permanente de la protección de sobrecarga, esta será de 15 A o 20 A. Naturalmente se debe hacer un análisis de costo para ver cuál opción es más viable. En el caso de escoger la protección de 20 A se tendrán menos circuitos ramales que si se escogiera la protección de 15 A por lo que se usaría menos cable. Sin embargo, para el caso de la protección de 20 A se deberá utilizar un tipo de cable más grueso. Se deben tomar ambas situaciones en cuenta a la hora de tomar una decisión. Los requisitos que deben tener los circuitos ramales se resumen en la tabla del NEC. Tabla NEC 2011 [5] 49

65 3.2.1 Selección del tipo de diseño Es muy importante también analizar qué tipo de sistema es más económico y viable según el área de la casa, según la cantidad de grupos de control y según el uso que se le podría dar. Existen diseños localizados, centralizados y optimizados. El diseño localizado es el más tradicional, cada zona de luz tiene su propio apagador. Es también el más fácil de utilizar. Se pueden controlar las cargas sin requerir comunicación con el procesador, de esta manera se garantiza que todas las cargas funcionen a prueba de falla en caso de que falle la comunicación. En el diseño centralizado se utilizan paneles de control remotos en lugar de apagadores. Este tipo de diseño requiere que el cableado de todas las cargas pase a través del panel de control antes de cablearse hacia las cargas. Se minimiza la cantidad de interfaces. Las luces son controladas por medio de teclados, esto proporciona mayor flexibilidad de programación. Finalmente se tiene el diseño optimizado, este combina los dos tipos de diseño anteriores. En lugares donde se desee un control simple y familiar como en los cuartos de huéspedes o baños, se utiliza diseño localizado. En áreas más grandes o de más alto perfil como salas o comedores se utiliza el sistema centralizado. Este tipo de sistema es fácilmente modificable en caso que se desee expandir. 50

66 Figura 3.1 Esquema de diseño localizado [6] 51

67 Figura 3.2 Esquema de diseño centralizado [6] 52

68 Figura 3.3 Esquema de diseño optimizado [6] En viviendas automatizadas se deben considerar algunos elementos que en viviendas convencionales no es necesario, entre los aspectos de diseño a considerar se tienen: Iluminación Refrigeradora (posiblemente de dos Tomas generales puertas) Tomas de electrodomésticos Congelador Cocina y horno Aire acondicionado Piscina 53

69 3.2.2 Elección de conductores y actuadores de acuerdo a la carga Para la selección de los conductores se hará de la misma que para un diseño convencional acuerdo con las tablas (A) a (E). Con respecto a la capacidad de corriente para los conductores, esta debe ser la especificada en las tablas (B)(16), (B)(17), (B)(18), (B)(19), (B)(20), (B)(21). Al hacerlo, es importante tomar en cuenta todos los factores de corrección. En los diseños domóticos, todos los cálculos se realizan para los datos de las cargas eléctricas. El calibre y el aislante de los cables eléctricos de cualquier tipo de cargas, se respeta con respecto a la potencia y el cálculo tradicional. Los actuadores interrumpen la fase y su capacidad de interrupción se selecciona de acuerdo con la capacidad de corriente de la carga conectada a él. Todo lo incluido en el plano eléctrico, como los balances de carga, la distribución en el tablero, el cálculo de calibres, entre otras cosas, se respeta. Respecto a los actuadores, estos se escogen de acuerdo al tipo de carga. El tablero domótico se utiliza solo para enviar una señal digital de los comandos alrededor de la casa a los actuadores en el tablero. Dicha señal indica si el actuador tiene que abrir, cerrar o regular. El actuador interactúa uniendo o separando el retorno de la fase de la carga alambrada con cable eléctrico. A continuación se presenta gráficamente la conexión de los actuadores. 54

70 Figura 3.4 Conexión de actuadores [7] A continuación se presenta un fragmento de la tabla de especificaciones de la línea My Home de la empresa Bticino, donde se detallan las características de los actuadores de acuerdo con el tipo de carga. La tabla permite identificar el dispositivo actuador en base al uso y a las características eléctricas de la carga que accionar. En la figura 3.5 se presenta el fragmento de la tabla como ejemplo y para una mayor comprensión del procedimiento, la tabla completa se adjuntará en el apéndice 1. Si bien, el actuador está diseñado específicamente para poder interrumpir la fase de acuerdo con el dato de ficha técnica, es importante tomar en cuenta la cantidad de conductores portadores de corriente en una canalización. En el caso de que se tengan más de tres 55

71 retornos en una misma canalización se deberá aplicar el respectivo factor de corrección de acuerdo a la tabla (B)(3)(a) del NEC Figura 3.5 Elección de actuadores en función del tipo de carga [8] 56

72 Tabla (B)(3)(a), NEC 2011 [5] Se recomienda considerar las cargas como cargas continuas a la hora de seleccionar los actuadores. Las cargas continuas se deben considerar al 125% de la carga. En cuanto a las protecciones, estas se escogerán de la misma manera que en diseños tradicionales, de acuerdo a la sección del código eléctrico. Esta sugiere que la protección contra sobre corriente de los conductores debe ser escogida de acuerdo a su capacidad de corriente. 57

73 3.3 Cálculo de ductos Para el cálculo de ductos se deben tomar en cuenta todos los conductores, así como el neutro y los conductores de puesta a tierra. La ocupación máxima permitida de un tubo se obtiene de acuerdo con la tabla 1 del capítulo 9, NEC Tabla 3.4 Capítulo 9, NEC [5] El llenado del ducto es el porcentaje del área interna del mismo ocupada por los conductores. En una determinada instalación, mientras más conductores con corriente haya en el ducto, menos corriente podrán llevar los conductores individuales. El código eléctrico presenta en la tabla 5, las dimensiones de los conductores, tanto su diámetro como área. Así mismo la tabla 4 presenta las dimensiones de los conductores así como el porcentaje total de área que ocupan en el tubo para combinaciones de número de cables. Es importante considerar que al haber mayor cantidad de conductores, el tamaño de los tubos tendrá que aumentar y se deberá hacer el cálculo asegurándose de dejar el 40% de la tubería libre. Esto, en el caso de se entuben varios retornos juntos. 58

74 Si bien, por ficha técnica, es posible cablear el cable de bus de automatización por la misma tubería eléctrica, normalmente se prefiere cablear por aparte. Para los sistemas de sonido y alarma es obligatorio que vayan cableados por aparte. 3.4 Cable BUS En el diseño de viviendas domóticas, el cable de BUS es estándar para todas las edificaciones. Su código es L4669 y es propietario de Bticino. Mediante este cable se distribuyen las alimentaciones y las señales de funcionamiento a todos los dispositivos de los sistemas. Está formado por una funda externa de color gris y por dos conductores flexibles trenzados con una sección de, color azul y blanco. El cable está construido con un aislamiento eléctrico a 300/500 V y con las protecciones transparentes de los bornes, en dotación con todos los dispositivos, los sistemas se pueden instalar también en cajas y tubos junto a las líneas de energía (110 V AC, 127 V AC, 230 V AC ). El cable esta diseñado para ir entubado más no enterrado. Se podría cablear en las mismas canalizaciones, sin embargo se recomienda que se realice en una canalización independiente de. Se recomienda tomar en cuenta un porcentaje de crecimiento a futuro en la tubería. El cable BUS L4669 posee las siguientes especificaciones: 59

75 Figura 3.6 Datos técnicos del cable BUS L4669 [9] 3.5 Niveles de frecuencia y tensión Tanto los niveles de tensión como de frecuencia se respetan de la misma manera que en un diseño tradicional. Para la mayoría de fabricantes los actuadores y equipos son multi voltaje 100 a 230Vac y 50/60Hz. 60

76 3.6 Proyectos residenciales unifamiliares y condominios verticales residenciales En cuanto a los criterios de diseño que se deben seguir a la hora de implementar la domótica en edificios residenciales unifamiliares y en condominios verticales, en realidad se trabaja bajo el mismo concepto que en proyectos domóticos residenciales convencionales. Los sistemas de automatización tienen la capacidad de trabajar stand alone, esto significa que el sistema es capaz de operar independientemente del procesador. Además estos sistemas permiten realizar expansiones tanto físicas, por ejemplo en distancia o en consumos, ó lógicas, como direccionamiento. A la hora de implementar el diseño es importante tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Qué áreas se desean controlar? En este aspecto se debe considerar si se desean controlar las áreas comunes, lobby, comedor, dormitorios, sala, terraza, etc. Qué sistemas se desea instalar? El diseñador se debe preguntar si se desea instalar sistemas de sonido, iluminación, A/C, seguridad, etc. Qué tipo de cargas y cómo se desean controlar esas cargas? 61

77 Se debe decidir cómo se va a controlar la iluminación, mediante un dimmer u on/off. Así mismo, se debe considerar el tipo de lámparas, incandescente, fluorescente, CFL, etc. En cuanto a las cargas de motores, estas incluyen persianas, accesos, bombas de agua, A/C, etc. En cuando a sonido se debe saber las áreas adecuadas en donde colocar los parlantes y las entradas de sonido. En el área de seguridad se debe verificar qué tipo de seguridad se va a colocar, sensores de movimiento, contactos magnéticos, contacto de ruptura. Una vez que se tiene el plano eléctrico se busca hacer una homologación para colocar los equipos de automatización. Es posible respetar las ubicaciones de las cajas rectangulares, colocando los comandos y equipos adicionales como receptores infrarrojos, centrales de escenas o pantallas táctiles. Como se mencionó anteriormente los retornos pasarán por los actuadores de un tablero domótico y el grupo de retornos recibirán la alimentación de la fase correspondiente. Al realizar estas funciones, se podrá notar si existen equipos que consumen mucho o si sobrepasamos los limites de distancia de cables, estas situaciones implicarían una expansión física. También se podrá notar si se tienen muchas cargas a controlar, lo que involucraría una expansión lógica. Un ejemplo de implementación podría ser un edificio de apartamentos donde cada apartamento tiene su propio sistema inteligente y todas las áreas comunes, sala de eventos, canchas de tenis, jardines, oficinas administrativas y lobby, se encuentran integradas. 62

78 3.7 Implementación de diseños domóticos y la normativa de la ARESEP AR-NTCVS. Calidad del voltaje de suministro [11] Esta norma establece las características físicas principales de la tensión eléctrica a que debe suministrarse la energía eléctrica, en el punto de entrega a los abonados o usuarios, desde una red general de distribución a baja y media tensión, en condiciones normales de explotación. Incluye los límites de las variaciones de voltaje de corta duración permisibles, tanto en las redes de las empresas distribuidoras, como las introducidas por los equipos propiedad de los abonados o usuarios, en las redes de distribución. Al tratarse de diseño residencial, será de interés la alimentación a baja tensión. La norma presenta los siguientes valores nominales: La frecuencia nominal de la tensión suministrada debe ser de 60 Hz. El valor medio de la frecuencia fundamental en redes de distribución debe estar comprendido en el intervalo: o 60 Hz ± 0.5%, para redes acopladas por enlaces sincrónicos a un sistema interconectado. o 60 Hz ± 2%, para redes sin conexión sincrónica a un sistema interconectado. 63

79 Los valores de amplitud de la tensión nominal para redes generales de distribución aérea y redes generales de distribución subterránea se presentan en las tablas siguientes: Tabla 3.5 Valores eficaces de la tensión nominal en redes de distribución aéreas de carácter general. (Baja tensión, secundario) [11] Tabla 3.6 Valores eficaces de tensión nominal en redes de distribución aéreas de carácter general. (Baja tensión, secundario)[11] 64

80 Tomando en cuenta lo presentado anteriormente, ya que los equipos utilizados en un sistema domótico no van a introducir ningún tipo de variación en la tensión ni van a alterar de niguna forma la tensión suministrada, se puede concluir que esta norma no será infringida de ninguna manera por la implementación de un sistema domótico AR-NTACO. Instalación y equipamiento de acometidas [12] Esta norma establece las condiciones técnicas que deben considerar las empresas distribuidoras de energía eléctrica previo a la conexión o reconexión de sus redes con la instalación eléctrica de los inmuebles de los abonados. Asimismo, fija las distancias de separación entre las redes de distribución y edificios, con el fin de garantizar las condiciones mínimas de seguridad y protección. Su propósito es definir y describir los aspectos técnicos generales que deben satisfaces las conexiones entre las redes de las empresas distribuidoras y las instalaciones eléctricas de los inmuebles, estableciendo lineamientos en los siguientes aspectos: Equipamiento e instalación de acometidas a baja y media tensión. Construcción de bóvedas de transformadores de media a baja tensión. Sistemas de puesta a tierra. Distancias mínimas de seguridad entre edificaciones y los conductores de líneas eléctricas energizadas a media y baja tensión. 65

81 Tomando en cuenta lo anterior, ya que la implementación de un sistema domótico no va a influenciar de ninguna manera las conexiones entre las redes de las empresas distribuidoras y las instalaciones eléctricas de los inmuebles, esta norma no se verá quebrantada AR-NTCON. Uso, funcionamiento y control de Contadores de Energía Eléctrica [13] Esta norma establece las condiciones generales bajo las cuales se evaluará la calidad de la actividad de medición y registro de la energía y potencia en todas las etapas del negocio eléctrico. Su objetivo es definir y describir las condiciones técnicas bajo las cuales se desarrollará la actividad de medición y registro de la energía y potencia en los siguientes aspectos: Condiciones de instalación de los sistemas de medición y registro. Establecimiento de laboratorios de medición. Características técnicas de los instrumentos de medición y registro. Control estadístico de los equipos de medición y registro nuevos y en uso. Identificación de los dispositivos de medición y registro. Técnicas de medición y verificación. Considerando que los requisitos necesarios para la implementación de un sistema domótico en un diseño residencial no afectarán de ninguna manera las condiciones técnicas bajo las cuales se desarrollará la actividad de medición y registro de la energía y potencia, se puede concluir que esta norma no se verá contravenida. 66

82 3.7.4 AR-NTGT. Calidad en el Servicio de Generación y Transmisión de Energía Eléctrica [14] Esta norma establece las condiciones generales bajo las cuales se desarrollará el negocio eléctrico en las etapas de generación y transporte de energía. Su propósito es definir y describir la filosofía que regirá el desarrollo del Sistema Nacional Interconectado (SNI) en las etapas de generación y transmisión del negocio eléctrico, en aras de la calidad continuidad, confiabilidad y oportunidad del suministro eléctrico del país, estableciendo para ello lineamientos generales en los siguientes aspectos: Aseguramiento de la calidad Expansión. Operación (planeamiento, coordinación, supervisión y control) Topología. Considerando que la implementación de la domótica en un diseño residencial involucrará cambios únicamente al diseño de la residencia en cuestión, no afectará de ninguna manera las condiciones generales bajo las cuales se desarrollará el negocio eléctrico en las etapas de generación y transporte de energía. Se puede decir con firmeza que esta norma no se verá afectada por la implementación de la domótica. 67

83 3.7.5 AR-NTSDC. Prestación del Servicio de Distribución y Comercialización [15] Esta norma técnica establece las condiciones bajo las cuales se evaluará la calidad en la presentación del servicio eléctrico en sus etapas de distribución y de comercialización, comprendiendo los aspectos técnicos, comerciales, tarifarios y contractuales del servicio. Su propósito es definir y describir los términos que regirán para la determinación y evaluación de la calidad del servicio de distribución y comercialización en las siguientes áreas: Técnica (calidad en el voltaje de suministro y en la continuidad del servicio, así como las condiciones de interconexión o enlace entre la instalación eléctrica del inmueble servido y la red de la empresa distribuidora). Comercial (medición, lectura, facturación, cobro, clasificación y aplicación del régimen tarifario y otras actividades relacionadas con la venta o comercialización de la energía eléctrica). Considerando que esta norma se refiere exclusivamente a las condiciones bajo las cuales se evaluará la calidad en la presentación del servicio eléctrico en sus etapas de distribución y de comercialización, esta no se verá afectada por ninguno de los requisitos para la implementación de la domótica residencial. 68

84 3.7.6 AR-NTCSE. Calidad de la Continuidad del Suministro Eléctrico [16] Esta norma establece los índices de continuidad así como la obligatoriedad de las empresas eléctricas de desarrollar, implementar y mantener un sistema de identificación, registro, conteo y análisis de las interrupciones que permita un cálculo confiable y auditable de los mismos y mediante los cuales, se evaluará la calidad en continuidad del suministro de energía eléctrica AR-MTCVS. Metodología para la evaluación de la calidad del voltaje de suministro [17] Esta norma establece los requisitos generales que las empresas deben de considerar en la realización de los estudios de voltaje indicados en la norma AR-NTCVS Calidad del voltaje de suministro, en cuanto a selección de servicios a estudiar, adecuación a la normativa y equipos de medición. Estas dos últimas normas aplican directamente a las empresas eléctricas, involucran la calidad en continuidad del suministro de energía eléctrica, equipos de medición, métodos de registro y demás. Por lo tanto no se verán influenciadas de ninguna manera por los cambios necesarios para implementar la domótica en diseños residenciales. 69

85 3.8 Fabricantes y compatibilidad de sistemas Tabla 3.7. Fabricantes y compatibilidad de sistemas Fabricante Sistemas manejados Compatibilidad Bticino utiliza un sistema open web net. Esto significa que si bien, los sistemas Bticino son compatibles con la mayoría de los demás fabricantes, la empresa no fabrica el software Bticino Iluminación. necesario para ello. La Fabricantes europeos Sonido. Alarma. No soporta video. persona o empresa que utiliza los sistemas Bticino es responsable de desarrollar las aplicaciones y drivers necesarios para la integración y/o monitoreo. El concepto open web net significa que es un sistema abierto, por lo que el 70

86 software se presta para que pueda ser utilizado y modificado por cualquiera. Lutron Iluminación. Estos fabricantes poseen un Vintaje Iluminación. sistema cerrado, esto Sonido. significa que el software Fabricantes estadounidenses Crestrom Paradox Iluminación. Sonido. Alarma. utilizado no está disponible y por ende no se puede modificar. Sin embargo son Control 4 Iluminación. sistemas que ofrecen Sonido. completa integración con otros sistemas de fabricantes distintos. 71

87 4 Capítulo 4. Implementación de un sistema domótico 4.1 Generalidades La realización de un sistema domótico no implica necesariamente cambios drásticos respecto a un sistema tradicional. Sistemas como las fuentes de energía, la línea telefónica o línea de datos y los video-porteros externos de la vivienda se centralizan en un cuadro general que contiene los seccionadores tradicionales del sistema. Para la integración de los sistemas los BUS de los distintos sistemas se integran mediante interfaces específicas que se encuentran en el cuadro eléctrico Flatwall, junto con alimentadores y actuadores. 72

88 Figura 4.1 Integración de un sistema domótico [10] 73

89 Figura 4.2 Componentes de un sistema domótico [6] Típicamente un sistema requiere de tres componentes principales para cualquier tarea, un dispositivo de entrada, un procesador y un dispositivo de salida. El dispositivo de entrada es el encargado de disparar el evento, esto puede ser encender una luz o encender una 74

90 fuente de agua. Las entradas pueden ser controladas por el usuario o pueden ser automáticas. Los dispositivos de entrada pueden ser interfaces o teclados. Luego, la función de los procesadores es escuchar a los dispositivos de entrada, procesar la señal y comunicársela a los dispositivos de salida. El procesador puede ser programado para que responda de manera diferente a una misma entrada a tiempos diferentes. Finalmente, el rol de los dispositivos de salida es producir la salida deseada. Figura 4.3 Sistema de control domótico [6] Realización e instalación de un sistema domótico A la hora de instalar un sistema domótico es muy importante tomar en cuenta la preparación de cables, canalizaciones, cajas, salas técnicas y puntos de mando. Todo esto para que el sistema pueda ajustarse a la evolución de los dispositivos instalados y de los dispositivos a instalar a futuro. Así mismo, es muy importante considerar si el sistema domótico se ha de instalar en una 75

91 nueva construcción o una construcción existente. Naturalmente, una construcción nueva es más deseable ya que se pueden tomar en cuenta todas las consideraciones antes de alambrar. En una construcción existente se debe considerar si se desea abrir las paredes o si es mejor utilizar dispositivos inalámbricos. La realización de un sistema domótico está compuesta de las siguientes fases: Adquisición de requisitos. En esta fase se definen las funciones domóticas que se implementarán en la vivienda, basándose en los requisitos establecidos por el usuario. Proyecto. Se deben elegir de los tipos de dispositivos necesarios, la configuración, modo de funcionamiento y desarrollo del esquema eléctrico. Instalación. Esta fase se compone del cableado de dispositivos en los conductos previstos y en el cuadro eléctrico. Desde el punto de vista de la instalación, la realización de un sistema domótico no difiere mucho de una instalación eléctrica tradicional, específicamente en los siguientes aspectos: Elección y posición del cuadro eléctrico. Posición de las cajas porta mecanismos. Posición de las cajas de derivación. Definición y posición de las cargas y equipos. En los aspectos en los que sí se difiere de una instalación tradicional son los siguientes: Trazado de conductos. 76

92 Tipo de cableado. La coexistencia de cables en los conductos Instalación de un sistema BUS En un sistema tradicional, todos los dispositivos de mando están conectados a la carga por medio de un cableado relativamente complejo. Cada función implica una conexión eléctrica. Es por esta razón que a medida que la instalación incorpora nuevas funciones, se aumentarán los circuitos y por ende la complejidad del cableado. En un sistema BUS, la línea de potencia para la alimentación de la carga no depende de la línea de comandos, de hecho, la línea de comandos es independiente del cableado funcional. En lugar de los conmutadores e inversores tradicionales, se incluyen dispositivos electrónicos de mando conectados, mediante un cable telefónico o línea BUS. Los actuadores pueden ser ubicados en el cuadro eléctrico, así como en cajas de derivación. Esta configuración ofrece los siguientes beneficios: Simplificación del cableado de los distintos puntos de mando gracias al uso de un único cable. La posibilidad de modificar la posición de los puntos de mando mediante la conexión del dispositivo en cualquier punto del BUS. Una realización más simple de los conductos de alimentación de las cargas. Se ilustra las diferencias entre ambos sistemas mediante los siguientes ejemplos: 77

93 Tabla 4.1 Ejemplo de sistema tradicional y sistema BUS Sistema tradicional Se trata de un circuito de mando para el encendido de una lámpara. Incluye cuatro dispositivos de mando, dos inversores y dos conmutadores. Se puede notar que es necesario un cableado importante muy difícil de modificar en el futuro. 78

94 Sistema BUS Se toma el mismo ejemplo anterior mediante un sistema BUS. En lugar de los conmutadores e inversores tradicionales, se incluyen dispositivos electrónicos de mando, conectados mediante un cable telefónico a actuadores para controlar la lámpara Tipo de cableado Existen dos tipos de modos de distribución: estructura libre y estructura en estrella. La elección de uno u otro tipo depende de los requisitos de la instalación y de las funciones previstas. Cableado con estructura libre. Se utiliza en los sistemas de distribución, sin embargo es importante tener en cuenta las siguientes instrucciones en la fase de proyecto: 79

95 o El trayecto del BUS puede ser igual al de la línea de energía, realizado con las canalizaciones empotradas tradicionales, en canalizaciones superficiales, sistemas empotrados en el piso o en canalizaciones situadas en el falso techo. Esta solución permite que si en un edificio ya hay conductos dedicados al suministro de energía de diámetro superior a 20 mm, es posible utilizarlos para introducir el cable envainado de pares del BUS. o Estas implicaciones también aplican para la instalación de cajas de derivación. Estas deberán dimensionarse y colocarse en una posición que facilite la conexión del par trenzado. Figura 4.4 Ejemplo de cableado con estructura libre [10] 80

96 Cableado con estructura en estrella. Consta de un punto central llamado armario de distribución de planta. En dicho punto convergen todos los ramos periféricos de los distintos cableados. El armario de distribución de planta con un cuadro de empotrar o de pared en el que se agrupan todos los dispositivos activos y pasivos para gestionar los servicios. A la hora de dimensionar una instalación con cableado en estrella se deben tener en cuenta los siguientes puntos: o Debe ser compatible con la estructura del edificio. El armario de distribución de planta debe estar colocado en una posición baricéntrica respecto a la instalación. o A la hora de instalar los conductores se debe dejar previstas, cada 10 metros, cajas de derivación para tender cables. Para la instalación eléctrica, se deben utilizar conductos exclusivos. Los servicios de EDP, telefonía y televisión pueden compartir los mismos conductos que deberán tener un diámetro interno superior a 18 mm. 81

97 Figura 4.5 Ejemplo de cableado con estructura en estrella [10] Elección y posición del cuadro eléctrico Es necesario agrupar en un único punto central todos los dispositivos activos y pasivos que contribuyen a controlar y gestionar las funciones. Dicho punto constituye el cerebro de todo el sistema domótico y se debe dimensionar teniendo en cuenta lo siguiente: Se debe predisponer el espacio excedente para instalar otros dispositivos. Los alimentadores deben estar instalados en la posición más baja de la centralita para facilitar la disipación dinámica. La centralita deberá ser capaz de disipar una potencia superior a la suma de potencias disipadas por todos los dispositivos que albergará. 82

98 En cuanto a la posición del cuadro eléctrico, esta se evaluará en función del tipo de vivienda. Ambiente terciario. Para el caso de un ambiente terciario, se debe instalar un cuadro para centralizar todos los dispositivos en una sala técnica. Figura 4.6 Esquema ambiente terciario [10] Vivienda de una planta. Para el caso de una vivienda de uno, dos o tres dormitorios, más un baño, se debe preparar un único cuadro en posición baricéntrica para centralizar todos los dispositivos. 83

99 Figura 4.7 Esquema vivienda de una planta [10] Más de tres dormitorios, más servicios. En este caso se debe preparar un único cuadro instalado en posición baricéntrica. Parte de los dispositivos se centralizarán en el cuadro y parte se distribuirán. Figura 4.8 Esquema vivienda de una planta, más de 3 cuartos [10] Vivienda de varias plantas. En este último caso en cuadro principal debe estar ubicado en una sala técnica o en el hueco de las escaleras y un cuadro por cada planta instalado en posición baricéntrica. Parte de los dispositivos se centralizarán en el cuadro y parte se distribuirán. 84

100 Figura 4.9 Esquema de vivienda de varias plantas [10] Posicionamiento de las cajas de derivación Para apartamentos de una planta. Si se trata de un apartamento de uno, dos o tres cuartos más un baño, las cajas de derivación son pocas y se destinan a empalmar cables. Para apartamentos de más de dos cuartos más un baño, las cajas de derivación albergan también los dispositivos dedicados al sistema domótico. Para apartamentos de varias plantas se debe preparar una caja de derivación debajo de cada cuadro eléctrico, así como cajas para albergar los dispositivos domóticos. 85

101 Para su instalación se debe tener en cuenta lo siguiente: Las cajas de derivación se deben instalar en: zonas de fácil acceso para el mantenimiento Zonas de circulación o que raramente se utilicen. Zonas cerca del colector hidráulico del sistema de termorregulación. Ahora, las cajas de derivación no se deben instalar en: Zonas detrás de muebles. Zonas detrás de electrodomésticos. Zonas muy visibles. Coexistencia de cables A pesar de que los cables garanticen un aislamiento eléctrico de 300/500V, no se puede garantizar su inmunidad ante las interferencias que podrían generarse si dicho cable transitara en las mismas tuberías que los cables alimentación a 230V. Sin embargo, en algunas aplicaciones dichos cables pueden coexistir en las mismas tuberías o conductos de la instalación eléctrica tradicional de energía. Lo anterior se resume en la siguiente tabla: 86

102 Tabla 4.2 Coexistencia de cables [10] Gestión Coexistencia con los cables de energía? Confort Iluminación/Automatización Sí Difusión sonora No Antirrobo Sí Seguridad Videocontrol Se garantiza el aislamiento eléctrico pero no se garantiza el funcionamiento correcto. Ahorro Gestión energía Sí Comunicación Videoporteros Telefonía integrada/ red de datos Se garantiza el aislamiento eléctrico pero no se garantiza el funcionamiento correcto. No Elección de conductores En las viviendas los cables deben ir protegidos por tubos de material aislante, empotrados en el piso, paredes o en el techo. Para instalaciones de empotrar, es necesario utilizar tubos corrugados y de colores diferentes para mayor facilidad a la hora de instalar. Se aconseja usar tuberías de diámetro igual o mayor a 25 mm. Para la realización de los conductores se recomienda lo siguiente: Para la conexión entre el armario de distribución de planta y la infraestructura de la parte común o el punto de entrada de los distintos servicios se debe tener una tubería de diámetro igual o superior a 38 mm. Para la conexión entre el armario de distribución de planta y las cajas porta aparatos 87

103 se debe tener una tubería de diámetro igual o superior a 18 mm. Si los conductores están a la vista, se podrán utilizar canalizaciones con capacidades equivalentes. Para la conexión del armario de distribución de planta con las antenas TV terrestre y parábolas para televisión por satélite se debe tener una tubería con diámetro adecuado a la instalación de un cable para la instalación terrestre y hasta 8 cables Trazado de conductos Esta parte del procedimiento de la instalación eléctrica consta de trazar en las paredes los trayectos que deberán seguir los conductos de conexión. Dichos trayectos deberán ser horizontales o verticales, se deben evitar trayectos inclinados, salvo en caso de que los trazos deban seguir una inclinación de la pared o del techo. En el cielo raso y en el pavimento los conductos pueden seguir cualquier trazo. Se aconsejan las siguientes normas de instalación para el trazado de conductos: Los radios de curvatura de los trayectos principales deben ser adecuados para evitar daños en los conductores. Los conductos empotrados en los muros deben ser horizontales o verticales o paralelos en los cantos de las paredes. Se pueden realizar trazados oblicuos en tramos muy cortos. Los conductos no empotrados en los muros pueden seguir el trayecto más breve. Los conductos empotrados en los cielorrasos o en los pavimentos pueden seguir el trayecto más breve. 88

104 A continuación se presentan dos imágenes para ejemplificar el trazado de conductos. Los trazos etiquetados con la palabra OK son los trazos hechos de la manera correcta, mientras que los trazos etiquetados con la palabra NO son los trazos hechos de la manera incorrecta. Figura 4.10 Trazado de conductos [10] 89

105 Figura 4.11 Trazado de conductos [10] 90

106 5 Capítulo 5. Automatización Un sistema de automatización permite la integración de funciones que hasta ahora han sido ejecutadas por instalaciones eléctricas distintas y complejas. En relación a los dispositivos de la instalación eléctrica tradicional, los dispositivos de automatización disponen de un circuito electrónico con una lógica programable. Además están conectados entre ellos en paralelo mediante un cable BUS de dos conductores para el transporte de la información y la alimentación eléctrica de baja tensión (27 VDC). Se pueden utilizar dos tipos de topologías: Mandos, conectados solamente con el cable BUS. Actuadores, conectados con el cable BUS y con la línea de energía a 230 VAC para la gestión de la carga relativa conectada. 5.1 Dispositivos de mando y actuadores Los equipos de mando permiten controlar el estado los actuadores con funciones diferentes que dependen del modo de funcionamiento asignado mediante una configuración adecuada. Algunos ejemplos de dispositivos de mando son los siguientes: Mandos rebajados Indicadores del estado de mando Mandos táctiles 91

107 Mandos infrarrojos Sensores de presencia e iluminación Sistemas de gestión de escenarios Los actuadores ejecutan los mandos asociados a éstos y controlan la carga conectada como un relé electromecánico. Las características que determinarán el tipo de actuador a utilizar son el tamaño, la potencia controlada, la forma y las características de instalación. Al hablar de ambiente se refiere al conjunto de los dispositivos pertenecientes a una zona lógica, por ejemplo una sala o un cuarto. El concepto de punto de luz es el número que se le asigna al actuador individual dentro de un ambiente. Un grupo es un conjunto de dispositivos que pertenecen a ambientes diferentes pero se han de accionar al mismo tiempo Niveles de direccionamiento Existen cuatro modos de direccionamiento, en los cuáles, los dispositivos de mando permiten activar los actuadores. Mando punto-punto. En este se da mando directo con un solo actuador identificado por un número de ambiente y por un número de punto de luz. 92

108 Figura 5.1. Esquema mando punto a punto [10] Mando de ambiente. En este tipo existe un mando directo para todos los actuadores identificados por el mismo número ambiente. Figura 5.2 Esquema mando de ambiente [10] 93

109 Mando de grupo. Existe un mando directo para todos los actuadores que desarrollan funciones especiales aunque pertenezcan a ambientes diferentes y se identifican por el mismo número de grupo. Figura 5.3 Esquema mando de grupo [10] Mando general. Este tipo es un mando directo para todos los actuadores del sistema. 94

110 Figura 5.4 Esquema mando general [10] 5.2 Distancias máximas y consumos El número máximo de dispositivos que se pueden conectar en el BUS depende del consumo total de los mismos y de la distancia entre el punto de conexión y el alimentador. El alimentador puede suministrar hasta 1200 ma o 600 ma. El número máximo de dispositivos se debe determinar mediante la suma de los consumos de los dispositivos individuales que se deseen instalar. También es importante considerar la disponibilidad de corriente en base a la longitud del cable. Para el dimensionamiento se deben seguir las 95

111 siguientes reglas: 1. La longitud de la conexión entre el alimentador y el dispositivo más distante no debe superar los 250 m. 2. La longitud total de las conexiones no ha de superar los 500 m de cable extendido. 3. Para repartir las corrientes en la línea BUS en modo óptimo se aconseja colocar el alimentador en una posición intermedia entre ambos. Para este caso se debe cumplir: Se debe tomar la corriente máximas suministrada por el alimentador para el cálculo de las cargas. 96

112 Figura 5.5 Ejemplo de distancias máximas [10] Distancias máximas para conectar los actuadores en función de la carga Lámparas fluorescentes: o La longitud del cable de conexión entre el actuador y la carga no debe ser menor a 3 m. o No se debe conectar en la misma línea más de 15 actuadores que controlan este tipo de lámparas. Lámparas con yoduros metálicos y vapores de sodio: o Se debe prestar atención a sus instrucciones de uso. o No se debe conectar dimmer en la misma línea de las lámparas fluorescentes. o Se debe mantener la línea BUS y la línea de potencia relativa a estas 97

113 lámparas separadas por al menos 1 m. Redes trifásicas: o Para las redes trifásicas se debe controlar el equilibrio de las fases y la calidad de la red Distancia máxima para conectar la interfaz de contactos La conexión entre la interfaz y el dispositivo del tipo tradicional no ha de superar los 50 m de longitud. Se pueden conectar varios pulsadores a las entradas de la interfaz. Figura 5.6 Distancia máxima para conectar la interfaz de contactos [10] Se debe calcular el consumo total de todas las cargas y de acuerdo a esa cifra se seleccionará el alimentador. En un sistema de gran extensión o con un consumo de corriente superior a 1200 ma, o el 98

114 máximo amperaje suministrado por un alimentador, se puede dividir el sistema en varios tramos alimentados con un alimentador propio, y conectados entre sí mediante una interfaz específica. Este proceso se llama modo de expansión física y consiste en que para cada BUS se aplican los límites del sistema, en términos de consumo y de distancia máxima de cableado. Reglas de instalación para dimensionar el sistema: Los BUS, conectados en la entrada y salida de la interfaz, deben estar alimentados cada uno con su alimentador y para cada uno son válidos los límites del sistema, en términos de consumo y de distancias máximas. No se puede alimentar con un solo alimentador un sistema constituido por dos o más BUS, conectados entre ellos por varias interfaces configuradas en modo de expansión física, aunque el número y el tipo de componentes conectados con el sistema no suponga el consumo máximo. En el mismo BUS no se pueden conectar dos interfaces en paralelo. Se pueden conectar hasta 4 interfaces en serie que dividen el sistema en 5 tramos diferentes. 99

115 6 Capítulo 6: Conclusiones y Recomendaciones 6.1 Conclusiones Existen varias clasificaciones de edificios, de acuerdo con el tipo y nivel de automatización. Existen los edificios automatizados, edificios domóticos, edificios inmóticos y edificios digitales. Los principales componentes de edificio domótico son las señales, los sensores, los actuadores, los acondicionadores de señal, las interfaces y las unidades de control. En un edificio inteligente existe una gran cantidad de sistemas a gestionar, entre ellos se tiene la gestión de la energía, la gestión del confort, la gestión de la seguridad, la gestión de la información, la gestión del entretenimiento y la gestión de servicios específicos de edificios. Para el caso de la automatización o del control de cargas el procedimiento a seguir es el de interrumpir la fase de la luminaria con un tipo de relevador inteligente. Se respetan los mismos requerimientos de materiales, entubados, cálculo de protecciones, dispositivos de aterramientos, barras de tierra, etc., que en un diseño eléctrico convencional. Por lo tanto, el sistema domótico no contradice al NEC. El plano eléctrico y todo lo incluido en el mismo, no se verá alterado de ninguna manera en cuanto al balance de cargas y distribución de la energía. 100

116 En los diseños domóticos, todos los cálculos se realizan para los datos de las cargas eléctricas. El calibre y el aislante de los cables eléctricos de cualquier tipo de cargas, se respeta con respecto a la potencia y el cálculo tradicional. Al haber mayor cantidad de conductores, el tamaño de los tubos aumentará. Tanto los niveles de tensión como de frecuencia se respetan de la misma manera que en un diseño tradicional. En cuanto a la implementación de la domótica en edificios residenciales unifamiliares y en condominios verticales se trabajará bajo el mismo concepto que en proyectos domóticos residenciales convencionales. Esto ya que, los sistemas de automatización tienen la capacidad de trabajar stand alone. La implementación de la domótica en proyectos residenciales no contraviene ninguna normativa de la ARESEP. Existen dos tipos de modos de distribución: estructura libre y estructura en estrella. El cuadro eléctrico constituirá el cerebro del sistema domótico y será el único punto central donde se agruparán todos los dispositivos activos y pasivos que contribuyen a controlar y gestionar las funciones. Los trayectos que deberán seguir los conductos de conexión deberán ser horizontales o verticales, se deben evitar los trayectos inclinados. Existen cuatro modos de direccionamiento, en los cuáles, los dispositivos de mando permiten activar los actuadores. Estos son mando punto-punto, mando ambiente, mando de grupo y mando general.

117 La longitud de la conexión entre el alimentador y el dispositivo más distante no debe superar los 250 m. Mientras que la longitud total de las conexiones no ha de superar los 500 m de cable extendido. 6.2 Recomendaciones Los alimentadores o transformadores de 110 VAC a 27 VDC que se utilicen en el sistema deben estar propiamente certificados o con sello por parte de un ente certificador. Se sugiere colocar algún tipo de protección termo magnética para cada fuente de alimentación que se utilice en el diseño. El cable de BUS se podría cablear en las mismas canalizaciones, sin embargo se recomienda que se realice en una canalización independiente de ¾. Además, se recomienda tomar en cuenta un porcentaje de crecimiento a futuro en la tubería. Se recomienda considerar las cargas como cargas continuas a la hora de seleccionar los actuadores.

118 BIBLIOGRAFÍA Revistas y documentos: 1. [4] Yanza, W. Chafla, S. Estudio comparativo de sistemas informáticos domóticos para viviendas u oficinas caso práctico: empresa computadoras y servicios, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Roqué, A. Diseño y desarrollo parcial de un sistema domótico para facilitar la movilidad de minusválidos, Universidad Politécnica de Cataluña, Eguido, R. Instalación domótica de una vivienda unifamiliar con el sistema EIB, Universidad Carlos III de Madrid, Autor desconocido. The essential guide Harmony, control and signaling units, Schneider Electric, [6] Autor desconocido. HomeWorks. Technical Reference Guide, Rev.H, Lutron, [10] Autor desconocido. MY HOME, GUÍA TÉCNICA 2011, BTcino, Andrés, L. Material para el curso IE-1071: Diseño Eléctrico Industrial I, Universidad de Costa Rica, [5] Autor desconocido. NFPA. National Electrical Code Edition, National Fire Protection Association,

119 9. Jiménez, G. Evaluación del diseño del sistema domótico de la empresa Centro de Redes y Cables Eléctricos S.A, ubicada en Santa Rosa de Santo Domingo de Heredia, Universidad Internacional de las Américas, [7] Autor desconocido. Conexión de actuadores, BTcino, [8] Autor desconocido. Características generales. Dispositivos actuadores: elección de los actuadores en función del tipo de carga., BTcino, [9] Autor desconocido. Cable BUS L4669-L4669/500, BTcino, [11] Autor desconocido. AR-NTCSE Calidad de la continuidad del suministro eléctrico, ARESEP, [12] Autor desconocido. AR-NTACO Instalación y equipamiento de acometidas, ARESEP, [13] Autor desconocido. AR-NTCON Uso, funcionamiento y control de contadores de energía eléctrica, ARESEP, [14] Autor desconocido. AR-NTGT Calidad en el servicio de generación y transmisión de energía eléctrica, ARESEP, [15] Autor desconocido. AR-NTSDC Prestación del servicio de distribución y comercialización, ARESEP, 2003.

120 Libros: 18. [1] Romero, C. Vázquez, F. y De Castro, C. Domótica e Inmótica: Viviendas y edificios inteligentes, Primera Edición, Grupo Alfaomega, México, Huidobro, J.; Millán, R. Domótica: Edificios Inteligentes, 3 Edición, Editorial Limusa, México DF, 2006 Páginas web: 20. [3] Autor desconocido. Tema 6: Sensores y Actuadores Domóticos. Domótica y Edificios Inteligentes, [2] Autor desconocido. La domótica como solución de futuro, Martín, H. Sáez, F. Domótica: un enfoque socio técnico, Autor desconocido. My Home. Qué es la domótica?, onid=products&macroid=2_es_cr&serieid=133_es_cr.

121 24. Autor desconocido. Breve Historia e Introducción a la Domótica, Autor desconocido. Sensores para Domótica e Inmótica, [17] Autor desconocido. AR-MTCVS-2002, [16] Autor desconocido. AR-NTCSE-2002,

122 APÉNDICES Apéndice 1. Dispositivos actuadores: elección de los actuadores en función del tipo de carga. 107

123 108

124 109

125 Apéndice 2. Especificaciones técnicas del Cable BUS L4669-L4669/