INGENIERÍA ELECTRÓNICAY TELECOMUNICACIONES

Curso: INGENIERÍA BÁSICA

Tema: APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN LA AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS

Integrantes:

AMAYA QUISPE JEANCARLOS COLQUE VEGA RENZO QUIN MUÑOZ SANTOS ALMONACID CARDENAS JEAN CARLOS COLONIA MELGAREJO LUIS SANCHEZ PAIPAY JONATHAN

Docente: ING. CORDOVA ZAPATA ELMER

Semestre: IV

2 0 1 3

APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA EN LA AUTOMATIZACIÓN DE EDIFICIOS

BREVE RESEÑA HISTORICA

La automatización de edificios surge en el siglo XIX, con aplicación de los autómatas industriales (la domótica e inmotica).Comenzaron en oficinas, bancos y centros comerciales: escaleras mecánicas, calefacción centralizada, control de la iluminación, sistemas antiincendios, antirrobo, etc.

1. ¿QUÉ ES EL LA DOMÓTICA?

La domótica es el conjunto de sistemas que automatizan las diferentes instalaciones de edificios y viviendas. Es la integración de las nuevas tecnologías y el diseño en los espacios habitables, a fin de obtener una mayor funcionalidad y confort.

1.1. La domótica actual

La esperanza de vida se ha incrementado, con el consecuente envejecimiento de la población y el aumento de “jóvenes” inactivos (población de 55 a 65 años). Las estructuras familiares están cambiando, el teletrabajo y la enseñanza on-line son cada vez más habituales, además están surgiendo nuevas necesidades de comunicación, así como de incremento de la seguridad de personas y bienes.

La domótica permite dar respuesta a los requerimientos que plantean estos cambios sociales y las nuevas tendencias de nuestra forma de vida, facilitando el diseño de casas y hogares más humanos, más personales, polifuncionales y flexibles.

El sector de la domótica ha evolucionado considerablemente en los últimos años, y en la actualidad ofrece una oferta más consolidada. Hoy en día, la domótica aporta soluciones dirigidas a todo tipo de viviendas, incluidas las construcciones de vivienda oficial protegida. Además, se ofrecen más funcionalidades por menos dinero, más variedad de producto, y gracias a la evolución tecnológica, son más fáciles de usar y de instalar. En definitiva, la oferta es mejor y de mayor calidad, y su utilización es ahora más intuitiva y perfectamente manejable por cualquier usuario. Paralelamente, los instaladores de domótica han incrementado su nivel de formación y los modelos de

implantación se han perfeccionado. Asimismo, los servicios posventa garantizan el perfecto mantenimiento de todos los sistemas.En definitiva, la domótica de hoy contribuye a aumentar la calidad de vida, hace más versátil la distribución de la casa, cambia las condiciones ambientales creando diferentes escenas predefinidas, y consigue que la vivienda sea más funcional al permitir desarrollar facetas domésticas, profesionales, y de ocio bajo un mismo techo. Todo ello hace que se aproveche más el tiempo que pasamos en casa, que hoy día tiende a ser cada vez menor.

1.2. ¿Cómo actúan los Sistemas de Domótica?

Los sistemas de domótica actúan sobre, e interactúan con, los aparatos y sistemas eléctricos de la vivienda según:

El programa y su configuración La información recogida por los sensores del sistema La información proporcionado por otros sistemas interconectados La interacción directa por parte de los usuarios.

1.3. Sistemas de Domótica

Sistemas de Domótica Ad Hoc Estos sistemas están pensados para aplicaciones determinadas y su

configuración es muy limitada, como por ejemplo el control de intensidad de una luminaria, el control de riego por temporizador, el encendido de luminarias activadas por sensor de movimiento y así un número de posibles ejemplos para casos concretos. Pero, en definitiva serán pocos elementos, unos cercanos a otros que posiblemente podamos encontrar en estructuras centralizadas con conexión en estrella basadas en bus.

La funcionalidad de los sistemas está limitada a la programación establecida por fábrica, dejando poco margen de configuración por parte del usuario, tan solo tendrá libertad para definir unos pocos parámetros, por ejemplo, en un temporizador de regadío, el horario de encendido y de apagado.

Debido a que están pensados para aplicaciones determinadas encontraremos en el mercado los elementos Ad Hoc especializados en algún tipo de aplicación: seguridad, control de clima, alarmas, confort, ahorro energético, etc. Una característica importante es que los elementos no pueden comunicarse entre sí, sin embargo, es viable insertar elementos ad hoc, mediante adaptadores, en un sistema de domótica que utilice una de las tres restantes técnicas, pudiendo ser controlado.

Sistemas de domótica sobre Red Eléctrica de Baja Tensión

En este tipo de instalaciones domóticas, en Redes Eléctricas de Baja Tensión, también conocidas como Power Line (PL), el medio de transmisión es el cableado de la red eléctrica de baja tensión (220 VAC). La transmisión es digital para lo cual se requiere que la onda sinusoidal 20 sea lo más limpia posible, como máximo tenga una distorsión del 10% sobre la tensión eficaz de 220 VAC y en frecuencia +/- 0.5 Hz. sobre los 50 Hz.

Al emitir una señal de radiofrecuencia el sistema a estar homologado para cumplir las normas que eviten que dicha señal interfiera en la señal del suministro eléctrico. Además, al ser aditiva dicha interferencia, proveniente de los diversos sistemas de domótica en paralelo, hay que atender a este detalle a la hora de la planificación del proyecto de domótica. Aunque normalmente con los sistemas homologados y un buen diseño, en general, los sistemas PL introducen poca interferencia de radiofrecuencia.

Otro detalle a tener en cuenta en los sistemas de domótica PL es la impedancia. Ésta genera una disminución de la tensión como consecuencia del decremento de la impedancia, causada por el aumento de la capacidad electrostática (C). Estos pequeños cambios resistivos son detectados por los sistemas de domótica y deben adaptarse dinámicamente a ellos.

Con estos puntos a tener en cuenta la aplicación domótica PL no se debe utilizar, por normativa, en los casos siguientes: a la hora de monitorizar equipos médicos, conectar varios edificios, en redes eléctricas donde estén conectadas maquinarias que sobrepasen los límites de interferencia radioeléctrica (generalmente motores de potencia), cuando exista transformadores en la red eléctrica, si la línea de red eléctrica es

utilizada por sistemas que utilicen la banda de 105,6 kHz. a 115,2 kHz. y finalmente, cuando no se asegure los límites 220c +/- 10% y 50 Hz. +/- 0,5 Hz.

Técnica sobre Radio Frecuencia

Los elementos empleados para esta técnica utilizan como medio de transmisión el radioeléctrico. Cada sensor y actuador lleva integrado un dispositivo transmisor y receptor.

Un solo receptor (o varios, si existen obstáculos insalvables o la vivienda es amplia) es el que recibe las señales de los sensores para procesarla y emitirla a los actuadores.

La comodidad de esta técnica es que no hace falta ninguna obra de acometida para la instalación. Incluso pueden adherirse a cristales (como mamparas) haciendo al sistema muy versátil.

La frecuencia utilizada para la transmisión aún no está estandarizada, por ejemplo, Jung, utiliza 433 MHz con una potencia más baja que la empleada en la telefonía móvil. Dicha frecuencia permite una transmisión de 1000 bits/s. La modulación utilizada es ASK (Amplitude Shift Keying). Un “1” ó “0” se asocia a un nivel distinto de señal que se modula con la portadora de 433 MHz. El alcance dependerá de los obstáculos que se encuentren, normalmente cuando el espacio es diáfano la distancia es de 300 m. decreciendo a 50 m. cuando existen obstáculos.

1.4. Los protocolos de Domótica

Los protocolos de comunicación son los procedimientos utilizados por los sistemas de domótica para la comunicación entre todos los dispositivos con la capacidad de “controlador”.

Existen una gran variedad de protocolos, algunos específicamente desarrollados para la domótica y otros protocolos con su origen en otros sectores, pero adaptados para los sistemas de domótica. Los protocolos pueden ser del tipo estándar abierto (uso libre para todos), estándar bajo licencia (abierto para todos bajo licencia) o propietario (uso exclusivo del fabricante o los fabricantes propietarios).

Tecnologías y estándares

X-10: EE.UU finales de los 70. EHS (European Home System): 1992 Unión Europea. EIB (European Installation Bus) BatiBUS

KONNEX: EHS + EIB + BatiBUS BIODOM: desarrollado por españoles.

• X-10 : EE.UU (finales de los 70): para el control remoto de dispositivos eléctricos. Utiliza la línea eléctrica (220V o 110V) para transmitir señales de control entre equipos de automatización del hogar en formato digital.

Domótica X10 es el sistema de Domótica más extendido y utilizado en los hogares del mundo debido a su sencillez de instalación y a su fácil manejo que se adapta a todas las necesidades actuales de control de domótica en los hogares.

X10 es el "lenguaje" de comunicación que utilizan los productos compatibles X10 para hablarse entre ellos y que le permiten controlar las luces y los electrodomésticos de su hogar, aprovechando para ello la instalación eléctrica existente de 220V de su casa, y evitando tener que instalar cables. Este es el principal motivo por el que X10 se considera un sistema de Domótica sin instalación.

A nivel físico hace uso de las líneas de baja tensión (ondas portadoras).La transmisión completa de una orden X-10 necesita once ciclos de corriente, que se divide en tres campos:

i. Código de Inicio. ii. Código de Casa (letras A-P)iii. Código Numérico (1-16) o bien el Código de Función (Encender,

Apagar, Aumento de Intensidad, etc...).

En el protocolo X-10 existen tres tipos de dispositivos X-10:

o Los que sólo pueden transmitir órdenes.

o Los que sólo pueden recibirlas.

o Los que pueden enviar/recibir.

A medida que fueron desarrollándose nuevos estándares se unieron en un solo protocolo llamado Konnex.

• KONNEX : EHS + EIB + BatiBUS : Esta tecnología contempla varios sistemas de transmisión (cable, radio, ondas portadoras, fibra óptica, ...). EHS (European Home System): Está basada en una

topología de niveles OSI (Open Standard Interconnection), y se especifican los niveles: físico, de enlace de datos, de red y de aplicación.

EIB (European Installation Bus): es un sistema de domótica basado en un Bus de datos. Utiliza su propio cableado.

• BatiBUS : Se basa en la tecnología de par trenzado pudiendo transmitir hasta 4800 bps (comprobar). El sistema es centralizado, pudiendo controlar cada central hasta 500 puntos de control.

• BIODOM : desarrollado por españoles. Basado en el standard EHS.

Se trata de un sistema propio, desarrollado completamente por Bioingeniería Aragonesa, lo que lo convierte en un sistema fácilmente adaptable a nuevas necesidades.

• LONWORKS : LonWorks es una tecnología de control de la domótica propietaria de la compañía americana Echelon Corp.

Al igual que KNX, LonWorks puede utilizar una gran variedad de medios de transmisión: aire, par trenzado, coaxial, fibra, o red eléctrica. Requiere la instalación de “nodos” a lo largo de la red que gestionan los distintos sensores y actuadores. La instalación y configuración de estos nodos debe ser realizada por profesionales utilizando las herramientas informáticas apropiadas.

LonWorks es una tecnología muy robusta y fiable por lo que está especialmente indicada para la automatización industrial, ámbito del que procede. Está más implantada en Estados Unidos que en Europa.

2. ¿QUÉ ES EL LA INMÓTICA?

La inmótica es un nuevo concepto, que apunta al mejoramiento de la calidad de vida, empleando para ello, la tecnología en estructuras de red, que permiten centralizar los controles de todas las tareas, desde una simple PC.

Se entiende por inmótica, la incorporación de sistemas de tecnología automatizada de las instalaciones, para reducir el consumo de energía, y aumentar la seguridad y el confort, en edificios de uso industrial o terciario (oficinas, hoteles, residencias, edificios corporativos, etc).

Es el diseño inteligente de construcciones, empleando avanzada tecnología para ello. Esta disciplina permite centralizar, modificar, supervisar, desde una PC, el funcionamiento de los sistemas componentes de la instalación de un inmueble, integrando también, en una estructura de red, la domótica existente.

2.1. Beneficios de la inmótica:

Las edificaciones aumentan su atractivo con la incorporación de la inmótica, a la vez que reducen sustancialmente sus gastos de energía y operación.

Los usuarios ven mejorados el confort y la seguridad. El personal de mantenimiento recibe información almacenada y un estudio de las tendencias, que permite prevenir desperfectos.

El personal de seguridad aumenta la eficiencia de su trabajo con las facilidades y complementos que se le ofrecen:

Hasta 40% de ahorro energético Ahorro en mantenimiento Mejor gestión de los parámetros del edificio

Supervisión de eventos en tiempo real Gestión de históricos y tiempos de funcionamiento Notificación de averías Alarmas técnicas Telegestión remota Supervisión de consumo eléctrico Mayor confort Mejoramiento estético

2.2. Aplicación de la inmótica:

La inmótica permite la monitorización del funcionamiento general de un edificio, incluyendo: control de iluminación, climatización, ventilación, accesos, supervisión de alarmas, de cuadros eléctricos, de ascensores, de sistemas de incendios, de seguridad, la gestión de consumos.

También permite mejorar los controles de acceso, y el seguimiento constante de quienes ingresan al edificio.

Esta tecnología es aplicable a residencias, edificios de oficinas, hoteles, hospitales, centros comerciales, industrias y barrios cerrados.

3. ASPECTOS PRINCIPALES DE LA AUTOMATIZACION

a) En el ámbito del ahorro energético.b) En el ámbito del nivel de confortc) En el ámbito de la protección patrimoniald) En el ámbito de las comunicaciones

I. En el ámbito del ahorro energético

a) Cómo ahorrar electricidad

El creciente consumo de energía y la limitación de los recursos energéticos generan efectos negativos en el medio ambiente que se reflejan en dos aspectos:

Económico: los precios de la energía tienden a subir, por lo que un control del consumo energético incrementa significativamente el ahorro para el usuario.

Ecológico: el usuario puede disminuir el impacto negativo sobre su entorno si disminuye su consumo de energía.

Aspectos de la Domótica

Ahorro

Seguridad

Comunicaciones

Confort

La domótica gestiona elementos de control que contribuyen al ahorro de agua, electricidad y combustibles, notándose sus efectos tanto en el aspecto económico como en el ecológico (menos consumo de energía).

Iluminación

Sistemas de iluminación eficientes: adaptan el nivel de iluminación en función de la variación dela luz solar, la zona de la casa o la presencia de personas, ajustándola a las necesidades de cada momento. Por ejemplo, detectan la presencia de personas en zonas de paso, como los pasillos de la vivienda o de las zonas comunes de un edificio, y las iluminan sólo cuando es necesario.

Control automático inteligente de toldos, persianas y cortinas de la vivienda: permite que se aproveche al máximo la luz solar.

Control automático del encendido y apagado de todas las luces de la vivienda: permite evitar el dejarse luces encendidas al salir de casa.

Control de forma automática del encendido y apagado de las luces exteriores en función de la luz solar.

Climatización

Sistemas de regulación de la calefacción: adaptan la temperatura de la vivienda en función de la variación de la temperatura exterior, la hora del día, la zona de la casa o la presencia de personas.

Control automático inteligente de toldos, persianas y cortinas de la vivienda: permite que se aproveche al máximo la energía solar.

Electrodomésticos

Control o secuenciado de la puesta en marcha de electrodomésticos: programando su funcionamiento en horarios en los que el precio de la energía es menor.

Detección y gestión del consumo “en espera” de los electrodomésticos. Programación de la desconexión de circuitos eléctricos no prioritarios –

como por ejemplo, el del aire acondicionado–, antes de alcanzar la potencia contratada.

b) Cómo ahorrar combustibles

Climatización

Sistemas de regulación de la calefacción: adaptan la temperatura de la vivienda en función de la variación de la temperatura exterior, la hora del día, la zona de la casa o la presencia de personas.

Detección de la apertura y cierre de ventanas: avisan al usuario de si hay ventanas abiertas cuando está activada la climatización.

Fugas de gas

Implantación de sistemas de control y regulación centralizados: permiten detectar y avisar en caso de averías como, por ejemplo, una fuga de gas, provocando un corte del suministro que evite los peligros que pudieran ocasionarse. Además, la domótica facilita una buena gestión del mantenimiento de las instalaciones, con el consecuente ahorro económico que esto supone.

c) Cómo ahorrar agua

Fugas de agua

Sistemas de control y regulación centralizados: detectan si se produce una inundación, dan señal de aviso, y provocan un corte del suministro. Estos sistemas además aportan información sobre comportamientos anómalos.

II. En el ámbito del nivel de confort

Iluminación Apagado general de todas las luces de la vivienda. Automatización del apagado/ encendido en cada punto de luz. Regulación de la iluminación según el nivel de luminosidad

ambiente. Automatización de todos los distintos sistemas/ instalaciones / equipos

dotándolos de control eficiente y de fácil manejo. Integración del portero al teléfono, o del video portero al televisor. Control vía Internet. Gestión Multimedia y del ocio electrónicos Generación de macros y programas de forma sencilla para el usuario.

III. En el ámbito de la protección patrimonial (seguridad)

Simulación de presencia. Detección de conatos de incendio, fugas de gas, escapes de agua. Alerta médica. Tele asistencia. Cerramiento de persianas puntual y seguro.

IV. En el ámbito de las comunicaciones

Ubicuidad en el control tanto externo como interno. Transmisión de alarmas. Intercomunicaciones.

4. ESTRUCTURA DE UNA INSTALACIÓN

La amplitud de una solución de domótica e inmotica puede variar desde un único dispositivo, que realiza una sola acción, hasta amplios sistemas que controlan prácticamente todas las instalaciones dentro de la vivienda. Los distintos dispositivos de los sistemas de domótica se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Controlador: Los controladores son los dispositivos que gestionan el sistema según la programación y la información que reciben. Puede haber un controlador solo, o varios distribuidos por el sistema.

Actuador: El actuador es un dispositivo capaz de ejecutar y/o recibir una orden del controlador y realizar una acción sobre un aparato o sistema (encendido/apagado, subida/bajada, apertura/cierre, etc.).

Sensor: El sensor es el dispositivo que monitoriza el entorno captando información que transmite al sistema (sensores de agua, gas, humo, temperatura, viento, humedad, lluvia, iluminación, etc.).

Bus: Es bus es el medio de transmisión que transporta la información entre los distintos dispositivos por un cableado propio, por la redes de otros sistemas (red eléctrica, red telefónica, red de datos) o de forma inalámbrica.

• Interface: Los interfaces refiere a los dispositivos (pantallas, móvil, Internet, conectores) y los formatos (binario, audio) en que se muestra la información del sistema para los usuarios (u otros sistemas) y donde los mismos pueden interactuar con el sistema.