Tabla de contenido TEMA:............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ......................................... ...................2 INTRODUCCION: ........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ .......................... ....2 JUSTIFICACION:............................................ ................................................................... ............................................. ............................................ .......................... ....3 OBJETIVOS ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ .................................. ............4 Principal: ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ .................................. ............4 Secundarios: ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ .............................. ........4 DESCRIPCION: ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ .............................. ........5 Casa Inteligente: ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. .......................5 Invernadero Autosustentable: ........................................... .................................................................. ............................................. .......................... .... 5 DIAGRAMAS DE MONTAJES Y CONEXIONES......................................... ............................................................... .................................. ............7 Casa Inteligente ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................7 Invernadero Autosustentable ............................................ ................................................................... ............................................. .......................... .... 8 LISTADO DE MATERIALES................ MATERIALES...................................... ............................................ ............................................ ......................................... ...................9 Casa Inteligente ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ........................9 Invernadero Autosustentable ............................................ ................................................................... ............................................. .......................... .... 9 PRESUPUESTO ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ............................ ...... 10 Casa Inteligente ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... 10 Invernadero Autosustentable ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ .. 11 CRONOGRAMA ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ............................ ...... 12 Casa Inteligente ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... 12 Invernadero Autosustentable ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ .. 13 CONCLUSIONES ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................ ........................ .. 14 RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ............................................. ................................................................... ............................................ ....................................... ................. 14 ANEXOS ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. .................................... ............. 15
TEMA:
CASA INTELIGENTE con INVERNADERO AUTOSUSTENTABLE
INTRODUCCION: El presente proyecto nace como una iniciativa para optimizar los recursos energéticos en una vivienda normal en nuestro país, como todos sabemos nuestra sociedad es consumista y eminentemente despilfarradora, es decir se gasta energía, aun cuando no lo pensamos, si bien existen ya algunas técnicas e instrumentos que permiten reducir el consumo, o en su defecto aumentar el eficiencia al consumo, aun se tiene muchas perdidas y desperdicios innecesarios, un ejemplo muy claro es el de la ducha eléctrica, estamos en un país ubicado en la línea equinoccial, por la forma del planeta somos uno de los países mas cercanos al sol y no sabemos aprovechar esta fuente de energía renovable, otro claro ejemplo es el desperdicio del agua en la vivienda, si bien la reutilización de algunas aguas es muy difícil o muy costosa de implementar algunas son muy baratas y muy eficientes. La reutilización y optimización, además de brindar una ayuda ecológica a nuestro planeta, presenta un beneficio económico para la persona que haga uso de ellas, esto se logra mediante la reducción de consumos, lo que genera un ahorro económico, también dependiendo del tipo de tecnología a utilizarse, puede incluso llegar a generar ganancias. Una de las formas de optimización mas económicas conocidas es la de utilizar un mismo elemento para realizar varias funciones, es decir hacerlo multi-funcional, en una vivienda inteligente es necesario tener una forma de sensar la existencia o inexistencia de de seres vivos en el área de la misma, y para ello lo más barato es hacerlo con sensores de movimiento, estos mismo pueden ser utilizados para encender o apagar áreas de iluminación, es decir cuando este activado un modo de ALARMA, los sensores funcionen de una forma y cuando no lo esté de otra. Con la tecnología siemens la implementación de una casa inteligente es verdaderamente muy sencilla, pero lamentablemente se debe tener en cuenta la economía del País, con l tecnología podemos hacer maravillas, pero mientras más sofisticado sea el sistema menos accesible será para la ciudadanía en general, teniendo en cuenta esto, se ah partido de la idea de automatizar un hogar lo más posible con un costo relativamente bajo, si bien hay tecnologías que permiten realizar estos tipos de automatizaciones, pocas ofrecen una robustez como lo hace un equipo SIEMENS, ya que gracias a sus entrada y salidas analógicas podemos sensar variables que fluctúan en tiempo real y con la programación trabajarlas y acondicionarlas de ser necesario.
JUSTIFICACION: El proyecto en si tiene 3 partes muy importantes, que radican en solucionar:
Calentamiento del agua: La población Ecuatoriana está acostumbrada a la ducha eléctrica, al ser utilizada para la higiene humana, y al ser una carga resistiva tiende a consumir una gran cantidad de energía que va desde los 1000 hasta los 5000 watts, si bien en los últimos años el uso del calefón a gas que es una forma de calentador más económico y menos derrochador, no ah logrado sustituir completamente a la tradicional ducha, esto genera un consumo mayor de energía eléctrica y un mayor gasto económico, la utilización de un calentador solar en horas útiles o en días soleados y el de un calefón a gas en las demás condiciones genera un ahorro muy significativo en la economía familiar.
Iluminación inteligente: El problema de la iluminación en una vivienda si bien no es muy notoria, también produce un gran desperdicio de energía, la forma de solucionar esto es:
1. Mediante la utilización de focos ahorradores 2. Mediante el encendido automático de luces por detección de personas
Si bien la primera solución es las más implementada no solo por conciencia social sino por campañas del gobierno, la segunda aporta un ahorro más sistematizado y brinda una experiencia de mayor confort para el ser humano.
Seguridad: Una vivienda inteligente además de brindar ciertos confortes, debe brindar una confianza en ella, para lograr este objetico, se utiliza los conocidos sensores de movimiento, que dependiendo de la hora, y del modo de funcionamiento de la vivienda, serán utilizados como interruptores o detectores de intrusos.
Reutilización y recolección de agua para regadíos: El agua al ser un recurso necesario para la vida es utilizado en todas nuestras actividades, y su desperdicio es uno de los problemas más graves en nuestra sociedad, si bien adjuntamos al proyecto de la casa inteligente un Invernadero este no es implementable, ya que para realizar este tipo de aplicación se debería constar de un invernadero del tamaño suficiente y la producción suficiente como para justificar la inversión inicial, pero bueno una idea es una idea, y aquí se las presentamos, todos sabemos que en un invernadero el regadío de agua es muy importante, al igual que un cultivo al aire libre, el agua tiende a ser una parte absorbida y otra evaporada, y más en un ambiente que atrapa el calor externo, esta agua, tiende a pegarse a las paredes del invernadero, pero no a repartiese homogéneamente en todo el cultivo, la idea es captar esa agua evaporada, condensarla y almacenarla para su posterior reutilización en el regadío, esto lo logramos en base a un sistema de aspiración de aire, uno sistema de enfriamiento para la condensación, y un sistema de filtrado para las impurezas.
OBJETIVOS Principal: Optimizar recursos energéticos en una vivienda ecuatoriana.
Secundarios: Establecer un método de calentamiento de agua en base a las características lumínicas del día. Utilizar los sensores de seguridad para dotar de inteligencia al alumbrado de la vivienda. Reportar el modo de funcionamiento de la vivienda. Controlar el funcionamiento de la vivienda por medio de un teclado Encender el sistema de captación de agua evaporada para la reutilización de la misma en el regadío. Recolectar agua cuando exista lluvias. Activar el regado automático en base a las condiciones de humedad del suelo.
DESCRIPCION: Casa Inteligente:
CASA INTELIGENTE La aplicación tiene 2 modos de trabajo, la primera el MODO ALARMA, en el cual cada uno de los sensores es utilizado como detector de intrusos, y la vez, el funcionamiento de cada una de las luminarias es bloqueado, para que no se activen en este modo, al mismo tiempo se centraliza todos los indicadores en una sola alarma sonora y una indicación textual, para la simulación se ah implementado un teclado de activación y desactivación en base a los mismas teclas con las que consta la unidad SIEMENS, que fácilmente pueden ser sustituidos por otras entradas digitales si se utilizara un expansión, en cambio el otro modo de trabajo, el MODO AHORRADOR, es el modo en el cual la alarma es desactivada, y las personas se encuentran dentro de la vivienda, en este modo, la activación sonora y el indicador visual de ingreso de intrusos es desactivado, para dar paso a la optimización de la iluminación y del calentador de agua, la parte lumínica se logra trabajando en base a sectores, es decir, la vivienda se divide en sectores para que de acuerdo al sensor que entre en funcionamiento estas se activen o desactiven temporizadamente, además de tener la posibilidad de manejar las luminarias por medio de interruptores , otro ítem a tenerse en cuenta es la hora
del día para mantener o no activada la función de detección de presencias,
especialmente , la segunda parte del establecimiento del calentador de agua se lo logra en base a la utilización de señores de luminosidad, es decir se utiliza entradas analógicas, 2 para ser exacto, la primera representa el SET POINT(SP), a la cual yo le quiero calibrar mi activación de días soleados, y la segunda mi PROCES VALUE(PV), que me indica la luminosidad real del dia, si SP>PV, entra en funcionamiento el calentador a gas –calefón-, pero si SP<=PV, entra en funcionamiento el calentador solar, además de este control, también se utilizado un control por horario, con esto se logra que el sistema no este en constante cambio, y que en horas hábiles, entre a funcionar la parte del sensado.
Invernadero Autosustentable:
ÍNVERNADERO AUTOSUSTENTABLE Esta es una aplicación industrial, pero queremos dejar la base de la idea para su estudio, el proceso comienza por detectar el nivel de humedad del suelo, esto en base a sensores analógicos, al igual que en el proceso de luminosidad, al ser una constante variante, debo establecer un SET POINT(SP) y un PROCES VALUE(PV), y el funcionamiento es básicamente el mismo, si SP>PV se activara el riego, pero si SP<=PV, el riego no se dará. El escogitamiento del origen del agua se lo realiza en base al análisis del tanque de aguas lluvias, si el sensor digital de VACIO esta activado se optara por hacer el regadío con agua de alguna otra fuente, si el indicador por otra parte el indicador de vacio esta desactivado el regadío se lo realizara con el agua almacenada. La recolección de aguas lluvias es un proceso completamente separado del regadío, pero implementado en el mismo sistema, para esto se opto por utilizar 4 tipos de sensores, uno que indique si el tanque de almacenamiento está lleno, uno sensor de líquidos para el ambiente, un sensor de sombras para detectar la presencia de nubes, y uno de temperatura para detectar la bajada de temperatura inherente con un tormenta, solo cuando el sensor de nivel del liquido del tanque este desactivado, y los otros 3 estén activos se precederá con la recolección de aguas lluvias, al igual que en los casos anteriores, tanto para la temperatura, como para la detección de nubes, se
opto por utilizar entradas analógicas, con sus respectivos PV y SP, para poder setear las variables a nuestros parámetros ideales. La recolección de aguas lluvias del agua evaporada dentro del invernadero es un proceso que depende del de recolección de aguas lluvias, esto porque el agua recolectada de la condensación será almacenada en el mismo tanque que de las aguas lluvias, y solo se activara cuando el nivel de humedad en el aire dentro del invernadero sea el apropiado, al activarse, se tiene un indicador de funcionamiento, que en paralelo activara al sistema de succión de aire, el mismo que posteriormente será enfriado para que tienda a pasar de estado gaseoso a liquido, esto se lo realiza en la misma tubería de transportación hacia en tanque de almacenaje, para aumentar la eficiencia se puede colocar un tanque de reserva en el camino para que en este tanque el enfriamiento sea aun mayor. Con esto se obtiene un invernadero autosustentable capaz de obtener el liquido vital para el crecimiento de las plantas que en él se cultiven.
DIAGRAMAS DE MONTAJES Y CONEXIONES Casa Inteligente
Invernadero Autosustentable
LISTADO DE MATERIALES Casa Inteligente
Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 12 1
Elemento SIMATIC S7-200 AAG CloudWatcher –sensor de luminocidadCalentador solar de agua Calefón Electroválvula 3/2 Baliza Sirena Sensores de movimiento Switch magnetico
Invernadero Autosustentable
Cantidad 1 2 1 1 2 1 1 1 1 8 1 1 1
Elemento SIMATIC S7-200 ECH2O –sensor de humedadGW-WA100 –sensor de nivel de liquidoBomba de agua Filtro de agua Switch “naked”
Electroválvula 3/2 AAG CloudWatcher –sensor de nubesPT-100 Indicadores lumínicos Sistema de succión de aire Sistema de enfriamiento Sistema de apertura de tapa del tanque reservorio
PRESUPUESTO Casa Inteligente
PRESUPUESTO MATERIALES
UNIDAD CANTIDAD
PU
COSTO($)
SIMATIC S7-200
u
1
$
350,00
$
350,00
AAG CloudWatcher
u
1
$
300,00
$
300,00
Calentador solar de agua
u
1
$
600,00
$
600,00
Calefón
u
1
$
150,00
$
150,00
Electroválvula 3/2
u
1
$
100,00
$
100,00
Baliza
u
1
$
80,00
$
80,00
Sirena
u
1
$
25,00
$
25,00
Sensores de movimiento
u
12
$
45,00
$
540,00
Switch magnetico
u
1
$
3,00
$
3,00
Indicadores luminicos Modulo de expansion
u u
2 1
$ $
3,00 165,00
$ $
6,00 165,00
Cable utp
m
100
$
0,80
$
80,00
canaletas
u
20
$
1,75
$
35,00
fuente de emergencia
u
1
$
200,00
$
200,00
mensual
4
$
700,00
$
2.800,00
Otros elementos
global
1
$
300,00
$
300,00
Gastos Varios
global
1
$
300,00
$
300,00
Mano de obra
TOTAL =
6034
Invernadero Autosustentable
PRESUPUESTO MATERIALES
SIMATIC S7-200
UNIDAD CANTIDAD
PU
COSTO($)
u
1
$
350,00
$
350,00
u
1
$
300,00
$
300,00
u
1
$
165,00
$
165,00
sistema de aspiracion de aire
global
1
$
200,00
$
200,00
sistema de enfriamiento sistema de capatacion de aguas lluvia
global global
1 1
$ $
300,00 600,00
$ $
300,00 600,00
Electroválvula 3/2
u
1
$
200,00
$
200,00
ECH2O GW-WA100 bomba de agua 1HP
u u
2 1
$ $
200,00 25,00
$ $
400,00 25,00
u
1
$
200,00
$
200,00
filtro de agua
u
1
$
50,00
$
50,00
switch naked
u
1
$
10,00
$
10,00
PT-100
u
1
$
85,00
$
85,00
Indicadores luminicos
u
13
$
3,00
$
39,00
Cable utp
m
100
$
0,80
$
80,00
u mensual
1 4
$ 200,00 $ 1.000,00
$ 200,00 $ 4.000,00
Otros elementos
global
1
$
500,00
$
500,00
Gastos Varios
global
1
$
400,00
$
400,00
AAG CloudWatcher Modulo de expansion
fuente de emergencia Mano de obra
TOTAL =
8104
NOTA: Presupuesto implementado para un invernadero de tamaño medio, de acuerdo al tamaño los costos aumentaran proporcionalmente.
CRONOGRAMA Casa Inteligente
CRONOGRAMA N°
ACTIVIDAD
01
Investigación
SEMANA 1
SEMANA 2
1 2 3 4 5 1 2 3 4 Revisión de infraestructura 02 Diseño del plano de control 03
sectorización
04
Adquisición de materiales
05
Programación Ensayos
06 07 08
Implementación del sistema Pruebas
09
Mejoras
10
Afinación de procesos
11
Presentación
SEMANA 3 5 1 2 3
4
SEMANA 4 5 1 2 3 4
SEMANA 5 5
1
2
3 4 5 1
SEMANA 6 2 3 4 5
Invernadero Autosustentable
CRONOGRAMA N°
ACTIVIDAD
01
Analisis de espacio fisico
02
Diseño de sistema de control
03
Construccion de parte fisica
05
ubicación de tuberias
06 07
construccion de recolector de agua lluvia ubicación de sistema de aspiracion
08
ubicación de sistema de enfriamiento
09
ubicación de sistemas de deteccion de lluvia
10
coneion con fuenta externa de agua
11
revision de conexiones
12
PROGRAMACION
13
ubicación de sensores
14
Acondicionamiento de señales
15
Pruebas
16
Mejoras
17
Afinacion de procesos
18
Presentación
SEMANA 1 1
2
3
4
SEMANA 2 5
1
2
3
4
SEMANA 3 5
1
2
3
4
SEMANA 4 5
1
2
3
4
5
CONCLUSIONES
Los sensores de luminosidad, permiten determinar si el calentador a utilizarse debe ser uno solar o un calefón, con esto, obviamos la utilización de calentadores eléctricos que son muy poco eficientes en comparación a los 2 nombrados anteri ormente. La utilización de instrumentos que normalmente son usados para una función específica en otra, hace que aumente su eficiencia, y además permite reducir costos la momento de automatizar una vivienda. El aviso del modo de funcionamiento da la oportunidad al usuario de salir de la vivienda si se opta por el modo alarma, mientras que si se opta por el modo ahorrador indica que se estará consumiendo menos energía durante este lapso. El teclado permite activar o desactivar la alarma solo con su consentimiento, si no se sabe el orden adecuado del presionamiento de las teclas la alarma no dejara de funcionar. Al ser un sistema basado en un sensor que funciona continuamente es un proceso autónomo, es decir no se necesita de la intervención humana apara que se realice la recolección de vapor, basta con en el ambiente exista partículas de agua en la cantidad que nosotros deseemos, para que el sistema de captación y condensación entre en funcionamiento. Gracias a los 3 sensores para la recolección de lluvias se asegura que el sistema no entrara a funcionar bajo una falsa alarma, además gracias al control de nivel de liquido se asegura que si el tanque se encuentra lleno no se proceda a recoger más liquido para así evitar desbordos. Con los sensores de detección de humedad que deben ser colocados bajo tierra, se obvia la intervención humana para el riego de las cosechas, esto gracias a que al detectase un nivel indeseado de resequedad, se procede automáticamente a iniciar un regadío de liquido, además gracias a estos sensores se elimina la necesidad de un riego temporizado con esto solo se procede al regadío cuando se lo necesite. La casa inteligente con su simplicidad aporta un ahorro energético considerable, al utilizar mejor los recursos y ocupar tecnologías que normalmente se desperdician en Ecuador. El sistema de la casa inteligente a pesar de su elevado costo inicial ofrece un un ahorro económico a largo plazo, en un tiempo no mayor a 5 años se puede recuperar lo invertido
RECOMENDACIONES
Construir nuestros propios sensores reduce el costo de implementación. Realizar planos antes de la ejecución física permite reducir la utilización de materiales como son el cable y de protecciones como brakers. Las simulaciones y pruebas antes de la implementación física permiten reducir equivocaciones y mejorar procesos. El ingenio puede ahorrar muchos más recursos al saberlo utilizar de la manera correcta. La correcta ubicación de cada parte en el sistema aumenta la eficiencia y disminuye los desechos. La utilización de filtros correctos permiten tener un filtrado que no detenga el proceso de almacenaje de aguas lluvia. Saber el clima en el que se desarrolla un invernadero es muy útil para saber a qué valores setear nuestros SET POINT, lo mismo para las demás variables. Antes de comprar cualquier cosa debemos realizar las simulaciones necesarias para así evitarnos el tener que estar comprando módulos de expansión en caso de que nos llegara a faltar entradas o salidas para nuestro proceso. Ubicar nuestros actuadores, sensores, y sistemas de control lo más cercanos posibles, nos permite evitarnos el problema de pérdidas de señal por distancias largas. La investigación no termina con el diseño del sitema, una investigación constante aumenta nuestras posibilidades de reducir costos, o en su defecto de optimizar recursos.
ANEXOS
