control electrico en edificios inteligentes

EL CONTROL ELÉCTRICO EN LOS SISTEMAS DE EDIFICIOS INTELIGENTES

DIRECTORIO

DR. JOSÉ ENRIQUE ENRIQUE VILLA VILLA RIVERA Director General DR. EFRÉN PARAD PARADA A ARIAS Secretario General DR. JOSÉ MADRID MADRID FLORES FLORES Secretario Académico ING. MANUEL QUINTERO QUINTERO QUINTERO QUINTERO Secretario de Extensión e Integración Social DR. LUIS HUMBERTO HUMBERTO FABILA FABILA CASTILLO Secretario de Investigación y Posgrado DR. VÍCT VÍCTOR OR MANUEL LÓPEZ LÓPEZ LÓPEZ Secretario de Servicios Educativos DR. MARIO ALBERTO ALBERTO RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ CASAS Secretario de Administración LIC. LUIS ANTONIO RÍOS CÁRDENAS Secretario Técnico ING. LUIS EDUARDO EDUARDO ZEDILLO ZEDILLO PONCE DE LEÓN Secretario Ejecutivo de la Comisión de Operación y Fomento de Actividades Académicas ING. JESÚS ORTIZ ORTIZ GUTIÉRREZ GUTIÉRREZ Secretario Ejecutivo del Patronato de Obras e Instalaciones ING. JULIO DI-BELLA DI-BELLA ROLDÁN ROLDÁN Director de xe-ipn tv canal 11 LIC. JU JUAN AN ÁNGEL CHÁVEZ RAMÍREZ RAMÍREZ Abogado General LIC. ARTURO SALCIDO SALCIDO BELTRÁN BELTRÁN Director de Publicaciones

EL CONTROL ELÉCTRICO EN LOS SISTEMAS DE EDIFICIOS INTELIGENTES Ing. Ru Rubén bén Ortiz Yáñez

INSTITUTO POLITÉCNICO NAC NACIONAL IONAL – México –

EL CONTROL ELÉCTRICO EN LOS SISTEMAS DE EDIFICIOS INTELIGENTES Primera edición: 2006 D.R. © 2006 Instituto Politécnico Nacional Dirección de Publicaciones Tres resgue guerras rras 27, 27, 060 06040, 40, Méx México ico,, DF ISBN: 970-36 970-36-0299-0299-11 Impreso en México/Printed México/Printed in Mexico

A MIS MAESTROS

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PRÓLOGO

La inquietud de escribir estas notas y darles forma de texto es con la finalidad de apoyar a los jóvenes estudiantes que cursan carreras en el nivel técnico profesional del bachillerato tecnológico; asimismo, se plantean también como consulta para el estudiante de licenciatura, pues en la actualidad se incluye el tema de control eléctrico en los sistemas de edificios inteligentes en algunos programas de estudio de algunas especialidades técnicas y licenciaturas en diferentes instituciones educativas. El contenido del texto son notas elaboradas por el autor y otra parte recopilaciones, producto de investigación sobre edificios inteligentes con relación a la materia de control eléctrico. El autor pretende aportar su experiencia en este campo, como producto del ejercicio profesional de su especialidad y de la actividad en la docencia practicada en la impartición de estos conocimientos. El libro está concebido para que pueda ser utilizado como texto en el aprendizaje del programa: “Diseño de Sistemas de Control para Edificios Inteligentes”, y con el fin también de que sea útil a profesionistas como arquitectos, ingenieros y técnicos, y a los mismos empresarios del sector inmobiliario. Además de que pueda servir de consulta en el tema de control eléctrico. En el primer capítulo se tratan las generalidades sobre el edificio inteligente, donde se mencionan las finalidades, las características principales, describiéndose los diferentes sistemas para su operación, haciendo énfasis, en la importancia del ahorro de energía y la necesidad de utilizar el control y la automatización para lograr la integración de los servicios; se propone al final de éste, el concepto de edificio inteligente en forma esquemática para facilitar su comprensión, y se concluye con un ejercicio. En el capítulo II, se presenta al lector la forma como se diseñan los circuitos de control para que éstos realicen la función que se desea; aquí se le 9

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lleva paso a paso al lector, con el objeto de poder adquirir una base de conocimientos en la materia para diseñar cualquier circuito de control; asimismo, se presentan las posibles funciones de control y de los componentes empleados para el diseño de estos circuitos. En este ejercicio de aprendizaje se ofrece el diseño de circuitos básicos de control y los más comunes que se pueden presentar en la práctica; y se explica el procedimiento para su desarrollo con la finalidad de facilitar su conocimiento y comprensión. En esta misma unidad se menciona la importancia de la automatización y su relación directa con el control automático; se estudia el concepto de automatización y su incorporación desde el proceso industrial al campo inmobiliario de los edificios inteligentes; se describen los componentes de ésta y los sistemas básicos de control que se pueden instrumentar como solución práctica a la automatización en las diferentes áreas del inmueble y de los elementos utilizados en la automatización; mención especial merece el uso del ordenador para la programación de los circuitos de control a través de un programa específico; además, se propone en este texto el lenguaje gráfico de diagramas de escalera, por ser el más familiar al técnico con formación en conocimientos de electricidad. En los capítulos III, IV y V, se presentan aplicaciones de conocimientos de control, adquiridos en el capítulo anterior, se incluye el diseño de los circuitos de control automático, y al final de cada uno se ofrece el lenguaje de diagrama de escalera o contactos (Ladder Diagrams) para programar en el controlador lógico programable (PLC). Los ejercicios de aplicación se ofrecen en forma de proyectos de control para sistemas vitales en la operación del edificio inteligente, como es el sistema hidrosanitario donde el ahorro de agua es esencial; también el sistema de aire acondicionado para producir el confort adecuado y cumplir con una de las finalidades, que es el incremento de la productividad de sus usuarios y el sistema de protección de las personas y del inmueble contra conatos de incendios. En el último capítulo se plantea la iluminación inteligente como una alternativa para ahorrar energía eléctrica, la cual es otra de las finalidades del edificio inteligente. La iluminación inteligente es el producto de la aplicación de lámparas ahorradoras de energía, luminarias eficaces y la automatización, por esto se presenta dicho concepto, vinculando conocimientos sobre nuevos parámetros en el diseño de la iluminación y con las diferentes lámparas que el mercado nacional ofrece. También se incluye información sobre nuevos

PRÓLOGO

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dispositivos de control para la iluminación, y así, lograr la automatización de los sistemas de iluminación. Para hacer un mejor uso del texto, se recomienda al lector de preferencia tener conocimientos básicos de control eléctrico, electricidad y electrónica, o bien alguna experiencia práctica en el trabajo sobre el tema; en cuanto al nivel de conocimientos matemáticos, los requeridos son mínimos para comprender su contenido. En general el enfoque es sencillo, práctico e informativo en algunos aspectos y de fácil lectura; por esta razón no se profundiza con temas como teoría del control y desarrollo de programación. El propósito es que esta obra sea de utilidad para estudiantes y personas interesadas en el tema de los edificios inteligentes, sin soslayar que en este campo, como en otros del conocimiento científico y tecnológico, lo que hoy se presenta como novedad el día de mañana será obsoleto; producto del ritmo de los cambios dinámicos generados por los avances tecnológicos.

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CONTENIDO

PRÓLOGO

9 UNIDAD I GENERALIDADES SOBRE EDIFICIOS INTELIGENTES

FINALIDADES DE LA UNIDAD

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1. INTRODUCCIÓN

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1.1. Razones de incremento en la demanda de edificios inteligente 1.2. Evolución del edificio inteligente 1.3. Grados de inteligencia 2. CONCEPTO DE EDIFICIO INTELIGENTE 2.1. ¿Qué es un edificio inteligente? 2.2. Concepto general 2.3. Finalidad del edificio inteligente

26 26 26 29 29 29 30

3. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES

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3.1. Flexibilidad del edificio 3.2. Integración de servicios 3.3. Seguridad 3.4. Ahorro de energía y agua

31 32 33 34 13


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4. ELEMENTOS DE LOS EDIFICIOS INTELIGENTES 4.1. Estructura 4.2. Sistemas para operación del edificio inteligente desde el punto de vista para su operación 4.3. Los servicios del edificio 4.4. Administración del edificio

35 36 39 63 65

5. ESQUEMA CONCEPTUAL DEL EDIFICIO INTELIGENTE

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6. EJERCICIO

69 UNIDAD II

PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN; SU APLICACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE

FINALIDADES DE LA UNIDAD 1. ANTECEDENTES DEL CONTROL ELÉCTRICO 2. ¿QUÉ ES CONTROL? 3. TIPOS DE CONTROL ELÉCTRICO 4. SIMBOLOGÍA 5. LENGUAJE DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL 6. TIPOS DE CIRCUITOS DE CONTROL 7. DESARROLLO DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL 8. ¿QUÉ ES LA AUTOMATIZACIÓN? 9. NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN 10. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL 11. EL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) 12. LA INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS DE SERVICIOS DEL EDIFICIO INTELIGENTE

73 75 77 79 91 95 103 105 113 119 121 125 139

13. ÁREAS DE APLICACIÓN DEL CONTROL ELÉCTRICO Y AUTOMATIZACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE

14. EL SISTEMA DE CONTROL EN UN EDIFICIO INTELIGENTE 15. EJERCICIO

143 145 151

CONTENIDO

15

UNIDAD III PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA HIDROSANITARIO


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1. EL SISTEMA HIDROSANITARIO DEL EDIFICIO

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1.1. Consumidores de agua potable y descargas de aguas negras en el edificio 1.2. Elementos de la instalación hidráulica 2. EL ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SU CONTROL 2.1. La red de abastecimiento para agua 2.2. Diagrama de flujo para el abastecimiento de agua a través de un pozo profundo 2.3. Diagrama de flujo para abastecimiento de agua potable a través de la red municipal 2.4. Control eléctrico para el abastecimiento de agua Operación manual Operación automática 2.5. Elaboración de los diagramas de control para programación en PLC 3. R E D DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE

155 156 157 157 158 159 160 161 162 163 165

3.1. Elementos de la red de agua potable 3.2. Variables de la red de agua potable 3.3. Diagrama de flujo típico para la red de agua 3.4. Control típico para la red de agua

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4. CONTROL DEL USO DE AGUA EN MUEBLES SANITARIOS

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4.1. Control automático del uso de agua en retretes, mingitorios, lavabos y regaderas 4.2. Aplicaciones del control automático en muebles sanitarios 5. R ECICLADO DE AGUAS RESIDUALES 5.1. Reciclado de aguas jabonosas y grises 5.2. Control para la red de agua reciclada 6. EJERCICIO

179 182 185 185 188 195

UNIDAD IV PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO

FINALIDADES DE LA UNIDAD 1. ¿QUÉ ES EL AIRE ACONDICIONADO? 1.1. Tipos de acondicionamiento

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2. LOCALES QUE REQUIEREN ACONDICIONAMIENTO

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3. ¿QUÉ ES UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO?

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4. EQUIPOS UTILIZADOS EN AIRE ACONDICIONADO

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4.1. Unidad tipo ventana 4.2. Unidad tipo paquete 4.3. Unidad dividida 4.4. Enfriadores de agua 5. LOS TIPOS DE SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

207 207 208 208 211

CONTENIDO

5.1. Sistema central de agua refrigerada o helada 5.2. El sistema central de calefacción con agua caliente 5.3. El sistema central de agua helada y agua caliente para el aire acondicionado y calefacción 6. CONTROL Y DISPOSITIVOS APLICADOS EN EL AIRE ACONDICIONADO 6.1. Los dispositivos y/o aparatos utilizados en el control de aire acondicionado 6.2. Función de los elementos de control del sistema de aire acondicionado 6.3. Control típico para un sistema de calefacción con agua caliente 6.4. Control típico para un sistema de acondicionamiento con agua helada 6.5. Control para la ventilación del estacionamiento 7. EJERCICIO: ACONDICIONAMIENTO TOTAL

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212 213 214 217

217 219 220 226 229 235

UNIDAD V PROYECTO DE CONTROL ELÉCTRICO EN LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS


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1. SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO 2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS INCENDIOS 3. R ED DE EXTINGUIDORES

249 251 253

4. ELEMENTOS DE LA RED DE AGUA CONTRA INCENDIO

255

4.1. Hidrantes 4.2. Rociadores 4.3. Abastecimiento de agua para la red contra incendio

255 257 257


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5. EL CONTROL PARA LA RED DE AGUA CONTRA INCENDIOS

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6. EJERCICIO

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UNIDAD VI LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y EL AHORRO DE ENERGÍA


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1. LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE EN EL CONTEXTO GENERAL DE LA ILUMINACIÓN

273

1.1. ¿Qué es la iluminación inteligente? 1.2. La ecuación de la iluminación inteligente 1.3. Impacto del ahorro de energía en la iluminación 1.4. Consideraciones sobre nuevos parámetros en el diseño de la iluminación para oficinas modernas

273 274 275

2. LA ELECTRÓNICA Y SU IMPACTO EN LA ILUMINACIÓN 2.1. Evolución de las principales fuentes luminosas artificiales 2.2. Desarrollos constantes 2.3. Aplicación de la electrónica en el campo de la iluminación 3. TIPOS DE LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA 3.1. Lámparas halógenas de bajo voltaje 3.2. Lámparas fluorescentes compactas 3.3. Lámparas fluorescentes ahorradoras de energía 3.4. Lámparas de halogenuros metálicos 4. BALASTROS AHORRADORES DE ENERGÍA

278 283

284 284 287 289 290 292 295 296 301

CONTENIDO

4.1. Tipo de balastro 4.2. Características generales 5. CONTROL DE LA ILUMINACIÓN 5.1. Parámetros por considerar en función de los dispositivos de control 5.2. Dispositivos típicos de control para iluminación 5.3. Funciones primarias del control en la iluminación 5.4. Recomendaciones genéricas para el control de la iluminación en áreas típicas de un edificio inteligente

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301 301 303

304 304 306

307

APÉNDICE 1: GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

311

R EFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BLANCA

Pág. 20

UNIDAD I

GENERALIDADES SOBRE EDIFICIOS INTELIGENTES

Finalidades de la unidad

En esta unidad se pretende que el lector adquiera una idea general sobre el concepto de “edificio inteligente”, de tal manera se comenta la evolución de éste, las razones de su demanda, sus finalidades y características fundamentales; así como sus elementos, desde un enfoque tecnológico y teniendo como prioridad la operación y prestación de servicios encaminados a obtener una mayor productividad de sus usuarios. También, con el fin de que el lector conozca los diferentes sistemas de servicios en un “edificio inteligente”, éstos se identifican y describen en forma general; haciendo énfasis en la necesidad de aplicar el control eléctrico y la automatización; especialmente para realizar la integración de dichos servicios. Asimismo, independientemente de algunas definiciones de edificio inteligente, como la del IMEI, entre otras. Al final de la unidad se propone en forma esquemática el concepto de “edificio inteligente”, para que el lector tenga una visión más clara sobre éste.

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1. INTRODUCCIÓN

La demanda de edificios inteligentes se incrementó cuando los empresarios cambiaron sus premisas con edificios de oficinas ordinarios a edificios con oficinas inteligentes, al encontrar que la creatividad y productividad de sus empleados aumentaba considerablemente. Esto, evidentemente, proporcionó a los empresarios una ventaja competitiva sobre sus contrapartes creando como resultado una gran demanda por aquéllos. En consecuencia, las inmobiliarias involucradas en la renta y venta de espacios para oficinas encontraron que podían no sólo cobrar más, sino, también, esperar una gran demanda de posibles ocupantes. El crecimiento de sistemas para este tipo de inmuebles ha sido seguido en paralelo por el desarrollo de sistemas para su automatización, el cual comprende no sólo funciones de seguridad, por ejemplo, contra el fuego, la prevención de accidentes y crímenes, sino también el monitoreo de todas sus funciones. La naturaleza del trabajo de la era moderna en las oficinas es muy diversa, por lo que muchas se encuentran en proceso constante de reestructuración, con cambios frecuentes también en el espacio disponible. La internacionalización de negocios, así como la flexibilización de horarios, han modificado la cantidad de tiempo durante el cual las oficinas se encuentran en uso. La habilidad para absorber dichos cambios sin detrimento de su funcionalidad es de vital importancia, de lo contrario podría perder su ventaja competitiva; es decir, mantener la flexibilidad de reubicación del espacio. En un edificio es de vital importancia el diseño de sus aspectos horizontales y verticales. Con esto en mente deben ser también hechas consideraciones similares en cuanto al diseño arquitectónico; por lo tanto, los materiales, equipamiento y facilidades utilizadas en el edificio deben incorporar ideas frescas que responderán a los requerimientos futuros de cada edificio inteligente.

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En la última década del siglo pasado la tecnología de la automatización se desarrolló notablemente, aunada a la informática y electrónica; esto ha impactado extraordinariamente los procesos industriales hasta lograrse la automatización de plantas industriales completas; la robótica industrial es otro ejemplo de las consecuencias favorables de la aplicación de esta tecnología. Es evidente que el desarrollo de edificios inteligentes ha sido más enfatizado para espacios de oficinas, pero este mismo concepto empieza también a ser dirigido a cualquier tipo de instalación en donde la seguridad y confort del usuario son primordiales (figura 1.1).

Fig. 1.1. Parte de la fachada de un edificio inteligente.

UNIDAD I. GENERALIDADES SOBRE EDIFICIOS INTELIGENTES

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En la actualidad, la automatización encuentra aplicación en otros campos; además de en la industria, se tiene presente en la vida cotidiana; por ejemplo, regular la temperatura de una simple habitación o la automatización del encendido y apagado de la iluminación de una oficina; para ello se requiere dominar el control, y todo esto, en buena medida, es a partir del control eléctrico. El tema del edificio inteligente en México se encuentra en el mercado inmobiliario como una aspiración prioritaria por parte de los empresarios dedicados a construir inmuebles, principalmente para el alquiler de oficinas; pero este concepto también se extiende a otros tipos de inmuebles, y hoy en día llega a las edificaciones residenciales con el nombre de domótica. Es así como surge la necesidad de tener conocimientos generales en este tema, donde el control y la tecnología de automatización permiten cumplir con las principales finalidades de un edificio inteligente, obviamente esto impulsado por los avances en la electrónica que ha facilitado el desarrollo de la automatización y la iluminación inteligente. Por esta razón dicho tema se incluye en los programas de estudios de algunas especialidades técnicas y de licenciatura en diferentes instituciones educativas (figura 1.2).

Control de persianas

Riego

Control de iluminación Calefacción

Seguridad

Fig. 1.2. Aplicación de la domótica en una habitación residencial.


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1.1. Razones de incremento en la demanda de edificios inteligentes • Aumento de creatividad y productividad en los empleados. • Mayor demanda de ocupación. • Posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios en el edificio.

1.2. Evolución del edificio inteligente INICIAN EN LOS 80

Euforia del mercado.

Todos los edificios se desean transformar. Se aplican: • Controles • Computadoras y comunicadores

Servicios a inquilinos.

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ACTUALMENTE

Se consolida el desarrollo.

Edificios diseñados y construidos con propósitos específicos.

Integración entre empresa y edificio.

Mercados verticales.

Confort y tecnología amigable al usuario.

Edificios diseñados específicamente para cada mercado. Ingeniería aplicada a empresas y edificios más pequeños. Desarrollo de la domótica (aplicación del edificio inteligente en la casa habitación).

1.3. Grados de inteligencia

El concepto en México es relativamente nuevo, llega a principios de los noventa y a partir de este momento existe un gran interés por conocer a detalle cuándo un edificio puede ser considerado "inteligente", para lo cual tomaremos como base la definición teórica expuesta en el punto 2; sin em-


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bargo, resulta difícil trazar una línea divisoria que permita diferenciar con precisión cuándo un edificio es inteligente; no obstante que existe grado de inteligencia dentro de un edificio, y considerando las necesidades reales de los dueños mexicanos, este concepto deberá irse introduciendo paulatinamente, sobre todo en edificios de gran tamaño, cuya operación y prestación de servicios resulta muy complejo. A continuación analizaremos los grados de inteligencia de un edificio desde el punto de vista tecnológico.

Grado 1 Inteligencia mínima Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no está integrado. Existe una automatización de la actividad y servicios de comunicaciones aunque no están integrados.

Grado 2 Inteligencia media Tiene un sistema de automatización totalmente integrado, sistemas de automatización de la actividad; sin una completa integración de las comunicaciones.

Grado 3 Inteligencia máxima Sus sistemas de automatización del edificio, y de la actividad y comunicaciones se encuentran totalmente integrados. Para el desarrollo de este proyecto se deben involucrar como mínimo los siguientes sistemas: • Sistema de automatización del edificio • Sistema de automatización de la actividad • Sistema de comunicaciones Con lo cual se integrará al edificio con un nivel de inteligencia aceptable.

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2. CONCEPTO DE EDIFICIO INTELIGENTE

2. 1. ¿Qué es un edificio inteligente? Se puede decir que un edificio es inteligente cuando este concepto se incorpora desde su diseño, con la finalidad principal de lograr un costo mínimo de ocupación durante su ciclo de vida y una mayor productividad estimulada por un ambiente máximo de “comodidad”. Para el Instituto Mexicano del Edificio Inteligente (IMEI) un edificio inteligente es aquel que reúne los requisitos siguientes: Características fundamentales integrales en sistemas modulares. • Centralmente automatizados para optimizar su operación y administración en forma eléctrica. • Altamente eficientes para minimizar el uso de la energía. • Altamente seguros y confortables, que respeten las normas tecnológicas.

2.2. Concepto general Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente de trabajo productivo y eficiente, a través de la optimización de sus cuatro elementos básicos: • • • •

Estructura (civil). Sistemas. Servicios. Gerencia.

Y de las interacciones entre ellos.

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“Edificio inteligente” Desde el enfoque de la comunicación: “Aquel que contiene una infraestructura con una red de comunicación de alto nivel, diseñada para manejar información que afecta la vida diaria de los empleados.”

2.3. Finalidad del edificio inteligente

• Incrementar la productividad en un ambiente confortable, saludable y seguro. • Proporcionar mayor flexibilidad para responder a los cambios originados por los negocios. • Facilitar la operación con tecnología transparente al usuario. • Tener menos costo de operación y mayor vida útil.

Fig. 1.3. Edificio inteligente.

3. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES

• Flexibilidad: edificio altamente adaptable (a bajo costo) para aceptar los continuos cambios tecnológicos. • Integración: edificio centralmente automatizado para optimizar su operación y administración. • Seguridad: altamente seguro y confortable para sus ocupantes. • Ahorro de energía y agua: altamente eficiente en el uso de la energía y el agua.

3.1. Flexibilidad del edificio Para que un edificio pueda considerarse flexible, es necesario prever lo siguiente:

Estructura Es la que tiene un mayor ciclo de vida, entre 50 y 60 años. Aquí se incluyen todos los elementos ampliamente conocidos por todos nosotros, pero para darle mayor flexibilidad al edificio será necesario prever plafones registrables y transitables, ductos adicionales para comunicaciones, cuartos de equipos de control o comunicaciones en aquellas áreas que así lo justifiquen, espacio para colocar piso falso, o analizar la orientación de la estructura para apro-

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vechar la luz del sol, y todo aquello que permita darle mayor flexibilidad al edificio.

Servicios Aquí se incluyen todos los sistemas que van dentro del caparazón y que generalmente son elementos tecnológicos, cuyo ciclo de vida es entre 15 y 20 años, como sistemas electrónicos y eléctricos; de aire acondicionado y calefacción; hidráulicos y sanitarios; elevadores y escaleras eléctricas; telecomunicaciones e informática; control y seguridad, etcétera.

Acabados El tiempo de vida de éstos es entre 10 y 15 años. Comprende aquellos elementos de carácter superficial, acabados de pisos, muros, techos, divisiones, etcétera.

3.2. Integración de servicios El concepto de la integración de servicios no es nuevo en la construcción de edificios. Desde hace algunos años ya se hablaba de este concepto sin ningún éxito, pero a raíz del desarrollo de la tecnología en los campos del control, cómputo y telecomunicaciones, ha tomado una mayor importancia, hasta volverse fundamental en los llamados “edificios inteligentes”. Todos los servicios que existen dentro de un edificio se pueden incluir en cualquiera de las siguientes áreas: • • • • •

Protección. Seguridad. Administración. Ahorro de energía. Servicios básicos (agua, energía eléctrica, telecomunicaciones).

Todas estas áreas al establecer un sistema de control básico quedan integradas a través de la automatización (figura 1.4).


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AHORRO DE ENERGÍA

CONTROL

SEGURIDAD

INTEGRACIÓN DE SERVICIOS

PROTECCIÓN

ADMINISTRACIÓN

SISTEMAS PARA OPERACIÓN

Fig. 1.4. Esquema de la integración de servicios.

3.3. Seguridad La seguridad es un aspecto fundamental en el diseño de un edificio inteligente, esto implica que la propuesta arquitectónica es vital, incluyendo equipos contra incendios, rutas de escape para estos tipos de siniestros y otros como sismos, que permitan a sus usuarios sobrevivir ante una contingencia; pero especialmente en el diseño se debe considerar que el edificio es seguro independientemente de todas las ventajas tecnológicas, de tal manera que se pueda trabajar a gusto y producir más el usuario. Además dentro de este concepto general de seguridad se debe incluir la seguridad patrimonial, incluyendo todos los adelantos tecnológicos para el


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control de acceso, desplazamiento interno del personal; cuidado y vigilancia del inmueble contra el crimen; así como la seguridad en el proceso de la administración de la comunicación (informática), entre otros.

3.4. Ahorro de energía y agua Con el sistema básico de control en el edificio, realizar un ahorro de consumo de energía está prácticamente implícito, ya que los equipos serán programados para que operen en situaciones de máximo rendimiento, lo cual se verá reflejado en un ahorro de fuerza laboral, puesto que la productividad se verá mejorada al integrar todo el control bajo un mismo sistema o programa (software). Asimismo, con la automatización de la instalación hidrosanitaria se logrará un sustancial ahorro de agua. Las posibilidades de un sistema de administración con ahorro de energía y agua son múltiples. Cabe mencionar las siguientes: • • • • • • • • • •

Zonificación de la climatización. Intercambio de calor entre zonas, inclusive con el exterior. Uso activo o pasivo de la energía solar. Control automático y centralizado de la iluminación. Control de horarios para el funcionamiento de equipo. Control de ascensores. Programa emergente en puntos críticos de demandas. Automatización del uso del agua en los muebles sanitarios. Automatización de la red de distribución del agua. Reciclado de aguas residuales.

4. ELEMENTOS DE LOS EDIFICIOS INTELIGENTES

Un edificio inteligente está diseñado para optimizar los siguientes cuatro elementos: • • • •

Estructura del edificio. Sistemas del edificio. Servicios del edificio. Administración del edificio.

Los cuatro elementos anteriores se interrelacionan entre ellos, como se muestra en la siguiente figura:

Fig. 1.5.

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36 4.1. Estructura

La estructura inteligente tiene como objetivo, incrementar la seguridad de los ocupantes, aumentar la comodidad, lograr una mayor eficiencia en la energía y una mayor adaptabilidad a los cambios físicos que se consideran dentro de la estructura; los cuales son: • Elevamiento de espacios (altura del piso a techos, pisos falsos y plafones). • Tratamiento de ventanas. • Closets de cableados y canalizaciones. • Materiales a prueba de fuego (cortinas y acabados). • Mobiliario modular. Estos elementos de la estructura se enfocan al ahorro de energía, carga y manejo adecuado de las redes de cableado.

Sistemas de pisos elevados El sistema de pisos elevados en la automatización de la oficina es la solución práctica y elegante, sin importar el tamaño del área, pequeña o grande, porque las conexiones estarán siempre donde el equipo las requiera como: computadoras personales, impresoras, salidas de datos (rosetas), teléfonos, copiadoras y otros, por lo que se considera un elemento importante en la automatización de la oficina ya que facilita los cableados para alimentar o conectar los equipos (figura 1.6 y 1.7).

Sistema de mobiliario modular Es el complemento de la oficina automatizada en el edificio inteligente. El mobiliario se puede cambiar diario si así se requiere, por lo que es necesario pensar en muebles modulares, desarmables y con la posibilidad de alojar instalaciones en su interior. Por lo anterior, podemos concluir que un edificio lleva la etiqueta de flexible si estos cuatro elementos son independientes cada uno entre sí, es decir, si es necesario realizar un cambio en los servicios no se debe efectuar ningu-


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Fig. 1.6. Aspecto de piso elevado.

Placa

Travesaño

Empaque de tierra

Pedestal de aluminio

Fig. 1.7. Detalle de acabados del piso elevado.

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na modificación en la estructura o con mayor razón, si se requiere realizar una redistribución del área no se deberá realizar ninguna modificación en los servicios. El caso más común en edificios convencionales sucede cuando se quiere cambiar de oficinas, ya que se tiene que recablear el teléfono y muchas veces, si se manejan datos, hacer nuevos ductos para el equipo de cómputo, y resulta muy costosa la reubicación (figura 1.8).

Fig. 1.8. Aspectos de una oficina en un edificio inteligente.


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4.2. Sistemas para operación del edificio inteligente desde el punto de vista para su operación Los sistemas considerados dentro de un edificio inteligente desde el punto de vista para su operación son:

De servicios • • • • •

Sistema hidrosanitario. Sistema de aire acondicionado, calefacción y ventilación. Sistema de transporte interno. Sistema de iluminación. Sistema de energía eléctrica.

De seguridad y protección • Sistema contra incendio. • Sistema para control de acceso y vigilancia.

De comunicaciones • Instalación telefónica. • Red de datos. • Teleproceso.

De control y automatización • • • •

Control de la seguridad. Automatización y operación de los sistemas de servicio. Monitoreo. Ahorro de energía.

Al considerar estos sistemas se acota la importancia de contar con una red de cableado lógico que se adapte a las necesidades presentes y futuras.


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SISTEMAS DE SERVICIOS El sistema de servicios es aquel que integra las instalaciones que se aplican y utilizan dentro del edificio inteligente para obtener los servicios primordiales con que opera, como el suministro y distribución de energía eléctrica; suministro y distribución de agua potable; control, manejo y reciclado de las descargas de aguas negras y jabonosas; la iluminación y el confort adecuados para una mayor productividad. El diseño de todas estas instalaciones a diferencia de un edificio normal serán altamente automatizadas para efectuar su monitoreo, abatir costo en el mantenimiento y lograr el ahorro de energía. Las instalaciones que integran el sistema de servicio son: • • • • • •

Eléctrica. Sanitaria. Hidráulica. De aire acondicionado y de calefacción. De ventilación. Iluminación o alumbrado inteligente, entre otras.

Las cuales se tratan en particular en las unidades III, IV y VI; excepto la instalación eléctrica, que no es tema de este texto, a continuación se presentan aspectos generales sobre esta instalación.

EL SISTEMA ELÉCTRICO Sin ahondar en este tema, pues no es la finalidad del texto, pero sí es conveniente indicar en forma general cuáles elementos deben integrar el sistema eléctrico de un edificio inteligente independientemente de los convencionales y ya conocidos; principalmente deben incluirse los que a continuación se muestran:

Fuente de energía Doble acometida: a efecto de garantizar la continuidad del servicio de energía eléctrica normal, se recomienda proyectar una doble acometida (sistema pri-


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mario selectivo de energía porque proporciona dos fuentes de energía en el lado primario, con lo cual se prevé mayor seguridad al sistema secundario) pero de dos diferentes circuitos de la compañía suministradora, de tal forma si se presenta una interrupción en el circuito alimentador normal por cualquier razón, inmediatamente se efectúa la transferencia al segundo circuito a través de un equipo de transferencia de energía (transfer ) y con esto se mantiene la continuidad del servicio de energía eléctrica al inmueble por parte de la fuente principal de energía. Subestación Tipo de subestación unitaria, equipada adicionalmente con equipo de protección y medición con equipos de tecnología de punta, como son relevadores de protección contra falla a tierra y medición de las magnitudes eléctricas primordiales: tensión, corriente de fase, frecuencia, potencia y energía (figura 1.9).

Fig. 1.9. Subestación compacta (cortesía SQUARED).

Energía de respaldo En un edificio inteligente no se puede soslayar una fuente de energía que respalde a la principal para situaciones emergentes, por esto se deberá contar con una planta de energía eléctrica en servicio de emergencia.


42

La capacidad de ésta será seleccionada en función de los criterios que establezcan la gerencia y el personal de mantenimiento; normalmente se considera la alimentación a elevadores, alumbrado de emergencias, equipo de la central de servicios (casa de máquinas), salas de cómputo, todo lo relacionado con informática y los equipos de comunicación, entre algunos otros. Este equipo debe contar con material de transferencia automática para que su arranque precisamente sea en automático, cuando falta la energía eléctrica de la compañía suministradora (figura 1.10).

Fig. 1.10. Planta eléctrica de emergencia.

También como energía de respaldo hoy es aceptado en el edificio inteligente el servicio de:

Energía ininterrumpida Conocido como equipos de UPS, particularmente para servir al equipo de informática, faxes y equipo de comunicación (PBX ). Es conveniente que al igual que una subestación o planta de emergencia; este equipo requiera de espacio y banco de baterías y por el peso que representa también deba considerarse en el diseño estructural del edificio (figura 1.11).


43

Fig. 1.11. Equipo de energía ininterrumpible.

ESQUEMA DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN UN EDIFICIO INTELIGENTE

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Donde: 1. Equipo de transferencia automático. 2. Subestación eléctrica.

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44

3. Tablero general de distribución inteligente. 4. Planta de energía eléctrica en servicio de emergencia. 5. Unidad de energía ininterrumpible. 6. Motobomba de emergencia. El sistema es alimentado con dos fuentes de energía eléctrica a través de dos circuitos de la compañía suministradora los cuales se operan mediante un equipo de transferencia (transfer ); además cuenta con energía de respaldo por medio de una planta de energía eléctrica (motor de combustión) y las unidades de UPS (energía ininterrumpible).

Distribución de energía Para la distribución de la energía eléctrica será necesario contar con:

Tableros generales de distribución Este equipo adicionalmente debe contar para la interrupción y protección general del sistema de baja tensión con interruptores electromagnéticos, los cuales son de operación automática y, además, con un módulo de comunicación para enlazarlos al PLC y de esta manera monitorear los diferentes parámetros de energía eléctrica y ajustar la calibración de disparo; entre otras funciones. El tablero general de distribución se debe equipar con un monitor de circuitos para la adquisición de datos y control del sistema de baja tensión; algunos de los datos que se obtienen con este equipo son por ejemplo: lecturas de demandas (corriente instantánea por fase pico, demanda de potencia real, aparente); lecturas de energía (energía acumulada real, reactiva y aparente), lectura de medición en tiempo real (frecuencia, factor de potencia, corriente por fase, tensión entre líneas, línea neutro, temperatura). Como estos equipos cuentan con un módulo de comunicación a PLC esto permite un total monitoreo del sistema eléctrico por parte de la gerencia del edificio inteligente. En este caso el PLC sirve como interfase entre tablero y sistema de administración del edificio (figuras 1.12 y 1.13).


)NTERRUPTOR AUTOMÉTICO

45

-ONITORDE CIRCUITOS

)NTERFASE

4ABLEROGENERAL DEDISTRIBUCIØN INTELIGENTE

-ONITOREODE PARÉMETROS

3ISTEMADEADMINISTRACIØN

Fig. 1.12. Aplicación del tablero general inteligente de distribución.

Fig. 1.13. Tablero general de distribución inteligente del mercado nacional (cortesía de SQUARED).


46 Tableros de alumbrado

Hoy en día existe una nueva generación de tableros para controlar el alumbrado en forma automática; en el diseño de la instalación eléctrica de alumbrado de un edificio inteligente, independientemente de los criterios para la automatización del alumbrado en áreas específicas, se deben instalar este tipo de tableros, los cuales permiten tener el control de las cargas de alumbrado que se encuentran conectadas en los circuitos derivados y son controladas por los interruptores termomagnéticos mediante una computadora a través de un programa específico, y con esto efectuar la programación del alumbrado por tiempo y por entrada del personal; asimismo, esto hace posible el monitoreo del alumbrado. Estos tableros denominados inteligentes existen en el mercado y están equipados con actuadores (pequeños motores a 24V, C.D.) que operan los interruptores termomagnéticos y un módulo de enlace a una computadora personal; y con programas específicos (software de monitoreo), es posible programarlos (figuras 1.14 y 1.15). 4ABLEROINTELIGENTE DEALUMBRADO #IRCUITOALUMBRADO LOBBYPASILLOS 3ISTEMA SEGURIDAD #IRCUITOALUMBRADO LOBBYYSALAS )NTERRUPTORDE TEMPORIZADO

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$ISPOSITIVO DECONTROL O INTERFASE

&OTOCELDA CONTROL

#IRCUITOALUMBRADO EXTERIOR

%NLACE PLANTA EMERGENCIA

Fig. 1.14. Sistema de administración.


47

Fig. 1.15. Tablero de alumbrado inteligente del mercado nacional (cortesía de SQUARED).

EL SISTEMA DE TRANSPORTE INTERNO Los sistemas de transporte interno en el edificio inteligente se integran básicamente por elevadores (transporte vertical), escaleras eléctricas y bandas transportadoras; pero hay casos donde se incluye transporte neumático para envío de documentación en cápsulas, el cual a pesar de su flexibilidad en la instalación e impacto energético, no ha tenido una total aceptación para que sea una aplicación general en todos los inmuebles (figura 1.16).

Fig. 1.16. Escaleras electromecánicas.


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Los elevadores con la tecnología de la automatización, han evolucionado a tal grado que se consideran con su propia inteligencia, sin embargo, requieren estar interconectados al sistema central de automatización para ser controlados en casos de emergencia o para control de acceso, y además para efectuar un monitoreo de éstos. Cuando se habla de funcionalidad en un inmueble para oficinas, se debe considerar, en la etapa de diseño, el número de elevadores necesarios para una atención correcta del tráfico en el edificio, por esta razón a efecto de que el lector tenga una idea de los aspectos conceptuales durante el diseño de equipamiento del transporte vertical para un edificio inteligente, se mencionan a continuación tres: • Definición de las características primordiales. • Determinación de las funciones propias y aquellas entrelazadas a la red del edificio. • Mantenimiento.

Fig. 1.17. Cabinas de elevador.


49

Definición de las características primordiales Un equipo de transporte vertical es un conjunto de funciones, cuyas características principales son: • Capacidad • Velocidad • Número de elevadores Capacidad : para su determinación es importante la estimación adecuada del 2 número de usuarios total del edificio. Una regla general es considerar 10 m de superficie utilizable por persona. Pero también es conveniente considerar la normatividad en cuestión; ésta señala “que los elevadores desalojen cierto porcentaje del número total de usuarios en un intervalo de tiempo, para no exponer la seguridad del usuario”. Este criterio de capacidad también debe ser aplicado en las escaleras electromecánicas y bandas. Velocidad : la velocidad está en función de la capacidad de respuesta deseada para atender la “llamada”. Por ejemplo en más de una ocasión hemos tenido que esperar un rato para abordar el elevador; esto puede ser porque la velocidad con que cuenta no es la correcta. Número de elevadores: esta característica en combinación con la velocidad puede minimizar los tiempos de espera, en atención a que un mayor número de elevadores garantiza una atención más rápida de las “llamadas”.

Determinación de las funciones y aquellas entrelazadas a la red del edificio Todo equipo de transporte vertical actúa conforme a las funciones que son programadas desde un principio, por ejemplo, retorno automático a P.B. o bien la ubicación automática en cierto piso del edificio. A continuación se enlistan algunas funciones: 1. Viaje directo a piso. 2. Cancelación de llamada.


50

3. Mando bomberos. 4. Desactivación de elevador. 5. Servicio de emergencia. 6. Acceso restringido. 7. Operación con planta de emergencia. 8. Interruptor sísmico. 9. Circuito cerrado de televisión. 10. Avisos orales.

Mantenimiento Las fallas en los equipos de transporte vertical generalmente son esporádicas, sin embargo, cuando éstas ocurren debe tratarse de identificar la falla y reportarla al personal de mantenimiento especializado en elevadores. Normalmente el tiempo transcurrido entre la identificación de una falla y la notificación al personal especializado responsable de corregirlo, puede resultar mucho más del deseado; por consiguiente se deben proporcionar medidas de seguridad adicionales para los pasajeros, así como informarles de las medidas que en ese momento se están tomando para su rescate. Lo anterior conlleva a establecer en la etapa de diseño la programación de una comunicación entre la cabina y el centro local de servicio, en ambos sentidos. En el mercado nacional hay empresas especializadas en el transporte vertical y son capaces de ofrecer este servicio, pero además se debe solicitar la implementación a efecto de minimizar dichos tiempos (tareas de reparación): • Monitoreo permanente a través de adquisición de datos. • Transmisión automática de los datos al centro de servicio en el caso de falla del equipo. Todo esto es posible gracias a los beneficios de la automatización de los edificios inteligentes.


51

SISTEMA DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN Dentro de la seguridad existen dos aspectos, la protección del patrimonio y la protección de las personas. Para ello se debe instalar un sistema integral de seguridad que abarque los propios requerimientos; éstos podrán variar en el edificio en cuestión del país o zona donde éste se ubique. Dentro de la seguridad se tiene: • • • • • •

Circuito cerrado de televisión. Vigilancia perimetral. Control de accesos. Control de rondas de vigilancia. Intercomunicación de emergencia. Seguridad informática, etcétera.

Dentro de la protección relacionada con las personas y patrimonio del edificio, se destaca: • • • • • • • •

Detectores de movimiento sísmico. Detección de humo y fuego. Detección de fugas de agua. Monitoreo de equipo para la extinción de fuego. Red de rociadores. Absorción automática de humo. Señalización de salida de emergencia. Voceo de emergencia.

De éstos, el sistema de protección se comenta en la unidad V con el proyecto de una red contra incendio.

El sistema de seguridad Este sistema debe atender dos aspectos principales, los cuales son el control de acceso y su tránsito en el interior del inmueble; así como la vigilancia y supervisión del edificio.


52

Lector banda magnética Lector biométrico

Ingreso empleados

Otras lectoras Código de barras Control y monitoreo

Fotografías Interfase

Impresora

Ingreso visitas

Usuarios edificio

Otras lectoras Lectores de proximidad Teclados Lector biométrico

Control desplazamiento interno

Actuadores de puertas peatonales y vehiculares

Sensores ruptura de cristales

Fig. 1.18. Esquema del control para acceso y desplazamiento de usuarios en el edificio inteligente.

Control de acceso La seguridad patrimonial de un edificio inteligente, comienza con el control de acceso del personal y de su desplazamiento interno; por esto el control de acceso tiene como finalidad controlar quién puede entrar a qué área o local y en qué momento. Es decir, si se pasa por alto el control de acceso en función del espacio o del tiempo no se puede tener la garantía de un control de acceso eficaz y confiable.


53

En el control de acceso al edificio se presentan principalmente dos eventos por controlar: 1. Control de ingreso del personal a) Interno (empleados) b) Externo (visitas, proveedores, etc.) 2. Control de desplazamiento interno del personal En el ingreso de personal se distinguen dos tipos: el personal que labora en el edificio (empleados) y el personal externo, que son personas que visitan al edificio para efectuar diferentes actividades y su presencia es temporal. Por esta razón, al momento de instalar el sistema de seguridad para el control de acceso, se debe aplicar en particular una solución para cada tipo de ingreso del personal. En la actualidad, normalmente cualquier punto que pueda asegurarse con una cerradura es susceptible de ser controlado con un sistema electrónico, de manera que garantice el ingreso sólo a las personas autorizadas a las áreas controladas (espacios) en el horario establecido (tiempo). El punto débil de una cerradura siempre será la llave; esto significa que una llave puede ser fácilmente duplicada, perdida o robada; lo cual implica un gran riesgo de perder el control de quien entra a las áreas restringidas. Un sistema electrónico de control de acceso es una alternativa de solución confiable, para este caso, pues cada persona recibe una tarjeta o un código el cual restringirá su acceso a áreas controladas o que se desean controlar. Con este sistema, si una tarjeta es perdida o robada o un código deja de ser confiable, basta con darlo de baja del sistema y dar de alta el nuevo código, lo cual garantiza la seguridad en el inmueble.

Tipos de tarjetas y lectores de tarjeta Los elementos que sustituyen a la llave y cerradura tradicional son las tarjetas codificadas y su lector correspondiente. Actualmente existen en el mercado diferentes opciones en cuanto a tipos de tarjetas y lectores, pero las más comunes son las siguientes:


54 • • • • • •

Efecto Wiegand. Banda magnética. Tarjetas y lectores de proximidad. Código de barras. Teclados. Lectores biométricos.

Fig. 1.19. Control de acceso: lector biométrico y tarjeta de banda magnética.

Cada aplicación es distinta para cada evento en el control de acceso, por lo que es importante elegir adecuadamente la tecnología, pues cada una representa una solución ideal para cada caso; pero también, de no hacerse correctamente, puede resultar totalmente inadecuada por costo y funcionalidad. En resumen, un sistema electrónico de control de acceso ofrece los beneficios siguientes: • Incremento en la seguridad. • Disminución de costos. • Posibilidades de generar reportes.


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y sus aplicaciones típicas son: • Control de acceso al edificio. • Control interno de las visitas. • Control en áreas restringidas por: a) horario b) día de la semana c) fecha

Fig. 1.20. Fotografías de control de acceso al edificio.

Además si se enlaza (interfase) al sistema administrativo se puede transferir información al programa de nóminas como: • Faltas y retardos del personal. • Contabilización de comidas. • Elaborar reportes y estadísticas. Este sistema lógicamente se debe manejar con una computadora personal, pues con el uso de este equipo se facilita la operación del sistema de control de acceso.


56 Vigilancia

Otro aspecto de la seguridad en el edificio es la vigilancia y la supervisión. Un sistema de seguridad se instala por necesidad de tener vigilancia en lugares donde las áreas por cubrir son bastantes extensas o bien por ser una área de riesgo para la integridad de personas o para aviso de cualquier eventualidad. Los sistemas de seguridad pueden ser tradicionales; con guardias de seguridad destacados en los puntos que se desea vigilar o proteger dentro del edificio inteligente; esto implica una nómina de personal exclusiva y especial para las funciones de vigilancia y protección con un alto costo para la administración del inmueble.

Cámaras

Secuenciador

Sensores de movimiento

Videograbadoras

Multiplexor

Monitores

Fig. 1.21. Esquema para vigilancia y supervisión a través de un CCTV en el edificio inteligente.

Circuito cerrado de televisión ( CCTV) El circuito cerrado de televisión es la solución para eliminar las cuadrillas destacadas a efectuar las tareas de vigilancia y protección y, lograr el abatimiento


57

de costos en la administración del edificio, pues este sistema permite una vigilancia y supervisión eficaz multipunto del personal, áreas e instalaciones; además es útil en la aclaración de fraudes y cualquier otro tipo de siniestros con la grabación de eventos. La aplicación de un sistema de CCTV, permite cumplir con las finalidades siguientes: • Seguridad preventiva para la integridad del personal usuario y resguardo de los valores del inmueble. • Herramienta para el personal de seguridad. • Grabación de imágenes en función de eventos. • Abatimiento de costos en la vigilancia y supervisión. Un CCTV, básico estará formado por un grupo de cámaras de tv, dispuestas en las áreas o puntos que se desean vigilar, un multiplexor, una videograbadora y un monitor. Este sistema de CCTV, se ilustra a continuación. Cámara 1

Cámara 2

Cámara 3

Multiplexor Videograbadora

Monitor

Fig. 1.22. Esquema de un CCTV básico.

Cámara 4


58

En este CCTV, la imagen es captada por cualesquiera de las cámaras instaladas en el interior o exterior del edificio, y pueden ser visualizadas en la pantalla de monitoreo; además el usuario puede grabar los eventos con la videograbadora. Un sistema más completo de CCTV, es aquel que incluye sensores y alarmas; el cual es controlado y monitoreado por una PC, como el que se presenta en la figura 1.23.

Sensor 1

Cámara 1

Sensor 2

Cámara 2

Monitor

Sensor 3

Cámara 3

Sensor 4 Cámara 4

Lámpara de alarma

Sirena

Cuarto de vigilancia

Acceso a través de Internet, LAN o línea telefónica

Videograbadora digital inteligente Impresora

Sistema de administración

Fig. 1.23. Sistema típico de CCTV para monitoreo remoto.

Este sistema controlado y monitoreado a través de una computadora personal satisface la necesidad del usuario en las zonas o áreas por supervisar y vigilar el edificio inteligente, en el grabado de imágenes y datos para una supervisión remota, la cual se efectúa a través de Internet, Red Lan o línea telefónica específica para este servicio.


59

La aplicación de sensores o la integración de éstos es porque un sistema de seguridad se concibe por áreas o zonas por proteger, por lo cual una misma área puede tener diferentes tipos de sensores; por ejemplo, sensores de ruptura de cristal o sensores infrarrojos de movimiento para detectar presencia de individuos. Estos dispositivos se pueden instalar o asignar a las áreas que se desean proteger; por ejemplo, en puertas de acceso o ventanas de oficinas, las cuales se monitorean cuando ocurre una condición de alarma. Lógicamente este sistema de CCTV, se debe operar con un software específico (véase figura 1.23), que efectúe las funciones siguientes: • • • • • • •

Monitoreo y grabación. Reproducción de imágenes. Búsqueda y control remoto por Internet y otro medio. Diversidad en despliegue de pantalla (una o más imágenes). Detección de movimiento programable. Impresión de reportes. Entre otras que se deseen programar.

Sistema de comunicación Los sistemas de comunicaciones deben ser parte de un edificio inteligente y tienen como función desviar y pasar la comunicación de voz y de datos dentro del edificio, y la conectan (la comunicación) a otros sistemas fuera del edificio. Los sistemas de comunicación de muchos edificios modernos usan una rama de intercambio automático privado, también conocido como controlador de switcheo de datos (PBX ) y funciona como unidad procesadora central de la oficina. Este controlador de switcheo de datos (PBX ) es capaz de transmitir tanto voz como datos usando señales digitales a través de alambres telefónicos convencionales o de fibra óptica y el lugar donde se instala el PBX es conocido como “SITE” (sitio).


60

Cámara

Videograbadora

Monitor

Multiplexor

Sensor

Fig. 1.24. Elementos principales de un CCTV .

Comunicaciones telefónicas Las funciones típicas del PBX que proporcionan para comunicación telefónica son: • • • • •

Acceso a portadores de larga distancia múltiple dentro del edificio. Registro detallado de todas las llamadas que entran y salen. Marcado abreviado. Envío y transferencia automática de llamadas. Centros de mensajes.

Transferencia de datos En el área de transferencia de datos el

PBX puede

funcionar como:

• Red de área local de baja velocidad para estación de datos. • Salida de una red de área local específica. • Suministrar acceso a base de datos externos como texto remoto y videotexto interactivo. Un sistema de telecomunicaciones típico para un edificio inteligente


61

cuenta con un PBX , antena de microondas y en el interior del edificio enlaza elementos como teléfonos, computadoras personales, red de datos de área local, como se muestra en la figura 1.26. La integración de los servicios del edificio inteligente se logra a través del PBX , figura 1.25, enlazando el sistema de telecomunicaciones con el sistema de administración del edificio y el sistema de administración de información (Red de datos).

Fig. 1.25. Controlador de switcheo de voz y datos ( PBX ).


62 Telecomunicaciones

Satélite o antena de microondas

Teléfono

Servidor

Computadora personal

Teléfono


Teléfono Red de área local Al sistema de administración del edificio

A la compañía local de teléfonos portadores de larga distancia múltiples y fuentes de datos

Fig. 1.26. Ejemplo típico de comunicación en un edificio inteligente.


63

Sistema de control y automatización El sistema de control y automatización en el edifico inteligente tiene como objetivo automatizar los diferentes sistemas que intervienen para su operación, seguridad y su administración, para que permita supervisar y monitorear la operación y el estado de las distintas instalaciones que intervienen en los sistemas y actuará o funcionará de acuerdo con lo propuesto en el diseño del programa (software), evitará fallas dentro del funcionamiento de éstas; asimismo, será responsable de los distintos grados de comodidad y de llevar las estadísticas de mantenimiento para cada equipo eliminando así las grandes cuadrillas de personal para tener en funcionamiento todas las instalaciones, como por ejemplo: • • • • • • • •

Instalación eléctrica. Instalación de aire acondicionado y ventilación. Instalación hidrosanitaria. Elevadores y escaleras eléctricas. Accesos al edificio. Sistemas de alumbrado. Vigilancia perimetral. Sistema contra incendio, etcétera.

Un sistema básico de control y automatización es el que se representa en forma esquemática en la figura 1.3; donde su utiliza el controlador lógico programable (PLC) para enlazar los diferentes sistemas de operación en un edificio inteligente y un computador (ordenador) personal para monitorear las diferentes operaciones y funciones de éstos, así como para imprimir los reportes deseados, todo en función del programa o software diseñado e instalado previamente (figura 1.27). Este sistema se trata en detalle, en la siguiente unidad.

4.3. Los servicios del edificio Además de los sistemas antes mencionados para su funcionamiento, el concepto de edificio inteligente debe de contar con servicios como:


64

• Voz, datos y videocomunicaciones. • Automatización de los transportes internos como elevadores, escaleras y pasillos. • Compartición de salas de junta. • Operación fuera de horario o bien, operación en horarios extraordinarios. • Estacionamiento. Estos servicios se enfocan al ahorro de energía, carga y manejo adecuado de las redes de cableado. Sistema hidrosanitario Sistema de aire acondicionado y calefacción

Sistema de protección Sistema de seguridad Sistema de comunicaciones Dispositivos de control PLC

Sistema eléctrico

Monitoreo

Servicios del edificio

Fig. 1.27. Esquema del sistema de control y automatización para los sistemas de operación en el edificio inteligente.


65

La red de datos para la administración de la información Un sistema de administración de información incluye la automatización de la oficina y el equipo de procesamiento electrónico de datos. La automatización de la oficina normalmente incluye: • Iluminación inteligente. • Comunicación interoficinal (correo electrónico). • Producción-reproducción de documentos (procesamiento de palabras). • Archivo electrónico de datos. Generalmente este último se refiere a la conservación de registros en computadora, administración de base de datos y análisis de hojas de cálculo. Para lograr la automatización del proceso de la administración, de la información y de los equipos que intervienen, se utilizan redes que se han vuelto muy comunes, porque facilitan la comunicación y permiten una eficiente administración de la información, como la recuperación de datos, material escrito, y/o funciones de palabra y otras tareas. Las redes de área local ( LAN), se están instalando cada vez más y están integradas por computadoras, fax, impresoras y estaciones de trabajo que pueden funcionar independientemente o compartiendo datos y equipo periférico con otros, como se muestra en la figura 1.28 y forman parte del concepto edificio inteligente.

4. 4. Administración del edificio Dentro del sistema de administración de un edificio inteligente se consideran los: • Sistemas de control y automatización. • Mantenimiento de la propiedad o inmueble. • Operación de los sistemas básicos. • Mantenimiento de los sistemas. • Reporte de energía y eficiencia. • Monitoreo de los sistemas.


66 Fax

Impresora

Procesador de palabras


RED DE DATOS LOCAL

Servidor

Impresora

Computadora Marco principal

Otras estaciones y redes de datos dentro y fuera del lugar Procesador de palabras


Fig. 1.28. Informática.

5. ESQUEMA CONCEPTUAL DEL EDIFICIO INTELIGENTE

S A T I E O S S R A E O I R L I O D  B H E O C R S O A I E T P P M E E E E D D D D A A A A M M M M E E E E T T T T S I S I S I S I 3 3 3 3 s s s s

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BLANCA PÁG.68

6. EJERCICIO

Pensemos que un empresario tiene inquietud de construir un inmueble y solicita algunas recomendaciones generales sobre edificios inteligentes. ¿Qué recomendaciones haría usted? Un método para establecer algunas recomendaciones sería plantearse preguntas y respuestas como a continuación se presentan:

1. ¿Un edificio inteligente es garantía contra la obsolescencia de una inversión inmobiliaria? Respuesta: Sí, porque un edificio inteligente es la respuesta a nuevos conceptos en espacio para oficinas, ya que eficienta y humaniza; además un edificio inteligente es la respuesta mejor y a menor costo a las necesidades de los usuarios, son más rentables y más fáciles de comercializar.

2. ¿Qué aspectos recomendaría tomar en cuenta para su diseño? Respuesta: I. Los elementos de un edificio inteligente: • Estructura física del edificio. • Sistemas del edificio. • Servicios del edificio. • Administración del edificio.

69


70 II. De funcionalidad: • • • • • • • •

Flexibilidad para aceptar continuos cambios. Integración de los servicios. Ahorro de energía. Ahorro de agua. Automatización de los sistemas para operar el edificio. Automatización de los servicios generales. Seguridad y protección. Control centralizado.

3. ¿De los sistemas de servicios para la operación del edificio inteligente en cuáles recomendaría su automatización? Respuesta: A efecto de no caer en una sofisticación en el control, se recomendaría automatizar principalmente: • • • • • • •

El sistema del aire acondicionado. El sistema hidrosanitario. La iluminación. La red contra incendio. El sistema de seguridad y vigilancia. El sistema de comunicaciones. Servicios generales, como transporte interno, estacionamientos, horarios extraordinarios, la red de voz y datos, entre otros.

Todo esto con la finalidad de lograr una integración de servicios, ahorro de energía y agua.

4. ¿Qué tipos de dispositivos recomendaría utilizar para lograr el control y la automatización?


71

Respuesta: Para los dispositivos de control, el controlador lógico programable y para lograr la automatización un programa específico con una computadora.

5. ¿Cuál tipo de control recomendaría aplicar? Respuesta: Un tipo de control centralizado, que permita la administración de los diferentes tipos de sistemas que integran el concepto de edificio inteligente.

6. En aspectos de seguridad ¿Cuáles recomendaría? Respuesta: I. Un sistema de vigilancia con circuito cerrado de televisión para la vigilancia externa, de los accesos al edificio y los estacionamientos. II. Control de acceso al edificio y en áreas especiales como informática, central de servicios, entre otras; utilizando cámara de televisión, lectores de tarjeta, reconocimiento de iris, de huellas digitales y en el acceso al edificio hasta detectores de metales, todos ellos monitoreados durante los horarios de operación del edificio.

7. ¿Para la comunicación de voz y datos dentro y fuera del edificio qué recomendaría? Respuesta: Un dispositivo de intercambio automático privado, como es “el controlador de switcheo de datos” (PBX ) y para el enlace externo un sistema de microondas o bien línea privada de la compañía telefónica. Esto último se tendría que evaluar desde un enfoque técnico-económico, considerando la renta de la línea o líneas privadas contra la inversión inicial de la infraestructura de un sistema de microondas; para efectuar la factibilidad de enlace externo, se recomendaría hacerlo con especialistas del área de comunicaciones.

72


8. ¿Se recomendaría utilizar un sistema de piso elevado? Respuesta: Sí, porque se ha demostrado que éste es el sistema más eficiente para la distribución de los cables en las diferentes instalaciones de los sistemas que alojan un edificio inteligente. Además de que facilita los cableados cuando se efectúan cambios en las oficinas.

9. ¿Además de un edificio para oficinas, en cuáles otros aplicaría el concepto de edificio inteligente? Respuesta: El concepto aplica a otros inmuebles como: • Hoteles. • Hospitales. • Escuelas. • Centros comerciales (haciendo énfasis en el control de energía, incendios y la vigilancia). • Entre otros.

UNIDAD II

PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN; SU APLICACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE


Una de las finalidades de esta unidad es proporcionar información básica para el diseño de los circuitos de control, por esto se presentan las funciones de control y componentes empleados, como son dispositivos de mando; asimismo, la forma de representar estos circuitos para su desarrollo y comprensión, sin pasar por alto la simbología más comúnmente empleada. En el renglón de la automatización se presenta información del controlador lógico programable PLC en su forma descriptiva, debido a que no es el propósito principal de este libro ahondar en su diseño y programación. Únicamente se pretende que el lector tenga conocimiento general de éste para su aplicación como solución a la automatización en las diferentes áreas del edificio inteligente. En esta unidad también se pretende que cualquier lector relacionado con el mercado del edificio inteligente, ya sea arquitecto, ingeniero o empresario, comprenda los fundamentos del control y la automatización dada la importancia que tiene la aplicación en este campo. En el caso del lector con conocimientos en la materia, estudiante o técnico profesional éstos le servirán para comprender las diferentes aplicaciones de control que se presentan en los capítulos siguientes del texto.

73

74


Otra finalidad es identificar en cuáles áreas o sistemas del edificio se tiene aplicación del control y la automatización.

1. ANTECEDENTES DEL CONTROL ELÉCTRICO

Desde la aparición del motor eléctrico en la factoría o industria como elemento clave en el suministro de la fuerza motriz para impulsar las máquinas utilizadas en los procesos industriales, la máquina con este cambio (el de motor eléctrico acoplado directamente) adquirió una nueva dimensión en el proceso; con esto se pudo enfrentar una demanda mayor de producción, este cambio permitió realizar con mayor frecuencia y más rápidamente los arranques y los paros de las máquinas, surgiendo así la necesidad de controlar el arranque y paro del motor eléctrico, lo cual hizo posible introducir algunas operaciones automáticas. Actualmente se han automatizado procesos completos y algunas plantas más evolucionadas incluyen la robotización de una o varias etapas del proceso de producción, por ejemplo, las armadoras de automóviles y otras en el área de lácteos. El funcionamiento automático de una máquina se obtiene exclusivamente por la acción del motor eléctrico y el control de la máquina. En algunas ocasiones este control es totalmente eléctrico y otras veces es una combinación de control mecánico y eléctrico (control electroneumático); sin embargo, los principios básicos que se aplican son los mismos. La máquina moderna se integra en tres partes que es necesario conocer: la máquina propiamente dicha (ventilador, bomba, molino, etc.) que está pro yectada para realizar una determinada tarea o un tipo de trabajo; el motor, el cual es seleccionado en función de la máquina como carga, ciclo de servicio y tipo de funcionamiento, y el sistema de control, que es el tema de interés por tratar en esta unidad. La figura 2.1 muestra este concepto. El sistema de control está supeditado a los requisitos y condiciones de funcionamiento del motor y de la máquina; si únicamente es necesario que la má-

75


76

quina arranque durante un tiempo y se pare, el control puede ser un simple interruptor de palanca, pero si es menester que arranque, se pare durante algunos segundos y luego repita el ciclo o bien realice algún otro tipo de función, entonces requerirá varias unidades integradas de control.

Motor

Máquina

Control

Fig. 2.1. Polipasto eléctrico.

Corolario:

“Al incorporar el motor eléctrico y acoplarlo directamente a la máquina que requiere fuerza motriz en cualquier proceso industrial, nace simultáneamente la necesidad de controlar dicha máquina.”

2. ¿QUÉ ES CONTROL?

Como al principio de este capítulo se comentó, es el propósito de presentar los principios básicos y de los componentes de control y explicar cómo deben de asociarse para constituir los circuitos de control, por esto el primer cuestionamiento es:

¿Qué es un control motor?

La palabra control significa, gobierno, mando, regulación; de esta manera cuando se habla del control de un motor o máquina, se entiende como el gobierno, mando o regulación de las funciones del motor o máquina.

Definición de control eléctrico

“En sistemas de control eléctrico, se entiende como el control de un motor, máquina o cualquier mecanismo referido al mando o regulación de las funciones de dicho motor, las cuales pueden ser arranque, paro, regulación de velocidad o inversión de giro de marcha.”

Cada elemento del equipo utilizado para controlar o mandar un motor se le llama componente de control y puede ser:

77


78 • • • • • • • • •

Arrancador. Estación de botones. Interruptor de dos o tres posiciones. Cualquier tipo de sensor. Lámparas pilotos indicadoras. Relevadores de contactos instantáneos. Relevadores de tiempo (temporizadores). Contadores. Etcétera.

Definición de controlador

Un controlador eléctrico es aquel dispositivo o grupo de dispositivos que controlan o regulan las funciones de un motor eléctrico de manera predeterminada o en una secuencia previamente determinada.

3.TIPOS DE CONTROL ELÉCTRICO

Existen tres tipos de control a conocer y son: • Control manual. • Control semiautomático. • Control automático.

Control manual

Es una forma de mando o regulación del motor o máquina, que se ejecuta manualmente en el mismo lugar que se encuentra el dispositivo de control y la máquina que se desea controlar. Un dispositivo de control manual sencillo y el más conocido es el arrancador manual para motores de potencia pequeña a tensión nominal.

Fig. 2.2. Arrancador manual con palanca y arrancador manual con botón pulsador.

79


80

El arrancador manual se utiliza cuando sólo es necesaria la función de puesta en marcha y parada del motor. Este tipo de arrancador nos suministra las mismas funciones del control manual, además, se caracteriza por la acción de un operador que debe mover una palanca en el caso del interruptor pulsar un botón cuando el dispositivo es un arrancador manual (figura 2.2) para que efectúe cualquier cambio de las condiciones del funcionamiento de la máquina. Por ejemplo, en la figura 2.3 el operador, al pulsar el botón de arranque, la bomba empezará a llenar con agua el tinaco y efectuará la parada con el botón de parar, en ese momento la bomba interrumpirá el suministro de agua. LÍNEA

Protección del circuito derivado de fuerza (interruptor)

Botones pulsadores Tinaco

Arrancadores Motor eléctrico

Bomba

Agua

Cisterna

Fig. 2.3. Representación esquemática del control manual de una máquina (bomba de agua).

El control manual de una máquina con motor eléctrico representado en forma esquemática en la figura 2.3 tiene una representación en un lenguaje escrito de control que es el diagrama lineal del circuito de control, de tal manera que este tipo de control se representa en la figura 2.4. Se asume un motor trifásico, por esto se indica la protección de sobrecarga para dos fases. NOTA:

El diagrama lineal de control de la figura 2.4 representa el control de la operación manual del llenado de agua de un tinaco a través de una bomba, la

UNIDAD II.PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

Botones pulsadores

81 Control manual

Arrancador

L1

N P

A

arrancar

OL OL

Operación, arranque y paro manual

M1 parar M1 Caja moldeada del arrancador electromagnético

Fig. 2.4. Diagrama lineal del control manual para una máquina con motor eléctrico (bomba para agua) utilizando un arrancador electromagnético.

cual se pone en funcionamiento al pulsar el botón arrancar, y cuando se llene el tinaco la bomba se detiene al pulsar el botón parar, otra alternativa para hacer la misma operación manual es utilizar un arrancador manual, como se observa en el ejemplo siguiente: LÍNEA

Arrancador manual Motor eléctrico

Protección del circuito derivado de fuerza Palanca interruptor

Tubería con agua

Llenado

Tinaco

Bomba Tubería con agua Máquina: Bomba para agua

Agua

Cisterna

Fig. 2.5. Diagrama esquemático del control manual de la bomba para agua.


82

Arrancador

Interruptor L1

OL M

OL

Control Manual N Operación manual arranque y paro de la bomba

Fig. 2.6. Diagrama lineal de control manual, para llenado de un tinaco con agua, utilizando un arrancador manual.

Obsérvese que en este ejemplo no hay botones pulsadores y la operación manual se efectúa con el interruptor de palanca integrado al arrancador. Ésta es la razón por la cual se conduce como arrancador manual. Corolario:

Control manual: Es una acción que se efectúa en forma manual sobre la máquina o el motor eléctrico con la intervención de la mano del hombre.

Control semiautomático

Este tipo de control utiliza los controladores denominados arrancadores electromagnéticos y dispositivos pilotos manuales como: • • • •

Pulsadores (botones de arranque y paro). Interruptores de maniobra (botón de hongo paro emergencia). Selectores dentro y afuera. Interruptores de límite, nivel, etcétera.


83

La acción del control semiautomático se da con los dispositivos pilotos que son accionados manualmente y el arrancador del motor o máquina, actuados desde un lugar distante, cómodo y a la distancia requerida (figura 2.7); lo que no es posible con el control manual, que debe operarse en el mismo lugar en el que está situado el motor y el arrancador. LÍNEA


Pulsadores remotos (estación de botones)

Arrancador electromagnético

Agua

Motor eléctrico

Tinaco

Bomba

Máquina: bomba para agua

Agua

Cisterna

Fig. 2.7. Representación esquemática de control semiautomático en una máquina.

Estación de botones remota para parar-arrancar

Arrancar en lugar de la máquina

L1


N P

A

OL OL M

Operación arranque y paro a control remoto

M

Fig. 2.8. Diagrama de control semiautomático.


84 Donde:

Botón parar

Botón arrancar

M1

Bobina del arrancador (la letra M1 significa el número de motor que controla el arrancador)

Revelador de sobrecarga (protección contra sobrecarga)

M1

Contacto de sello (contacto auxiliar del arrancador M1)

L1

L1

Línea

N

N

Neutro

El diagrama lineal del control para este tipo se representa en la figura 2.4, donde se observa que el control es remoto a través del dispositivo piloto, en este caso, con una estación de botones parar-arrancar. El diagrama esquemático de la figura 2.3 representa el ejemplo de control semiautomático de la bomba para agua en el llenado del tinaco. Nota:

En la figura 2.9 se representa otro ejemplo del control semiautomático, en éste se instala un dispositivo piloto remoto en el tinaco que tiene la fun-


85

ción de parar en forma automática el llenado del recipiente y el arranque se efectúa desde otro punto remoto con un dispositivo piloto selector dentro y fuera, efectuando una operación manual. LÍNEA


Tinaco

Arrancador Motor eléctrico

Agua

Dispositivo piloto interruptor de flotador

Bomba

Máquina: bomba para agua

Agua

Cisterna

Fig. 2.9. Representación esquemática del control semiautomático para el llenado con agua de un tinaco.

El diagrama lineal de control para el ejemplo de la figura 2.9 se representa en la forma siguiente: Interruptor de flotador remoto

Selector dentro-fuera remoto

Arrancador


N

L Fuera

OL OL M1 Dentro

Contacto NC

Operación: arranque manual y paro automático

Fig. 2.10. Diagrama lineal de control semiautomático con dispositivos pilotos remotos.


86 Donde:

Selector de dos posiciones, dentro-fuera NC

Contacto normalmente cerrado del interruptor de flotador

M1

E.T E.T

Bobina del arrancador electromagnético

Revelador de sobrecarga

L

Línea

N

Neutro

Caja moldeada que aloja a los dispositivos pilotos y arrancador.

En el diagrama lineal de control de la figura 2.10 el arranque se efectúa con una operación manual al accionar el selector de la posición fuera a la posición dentro, y la parada de la bomba se efectúa con una operación automática a través del interruptor de flotador cuando el nivel de agua llega hasta la esfera ejerciendo presión por medio de una varilla que actúa sobre el contacto normalmente cerrado y con esta acción se abre el contacto interrumpiendo el circuito de control y para la bomba.


87

Obsérvese, muy independientemente hay una acción manual (arrancar la bomba) y otra automática (parar la bomba); la operación integral del llenado con agua del tinaco es semiautomática. Corolario:

Control semiautomático: “Es la combinación de una acción manual sobre una máquina o motor eléctrico a través de dispositivos pilotos actuados desde un lugar distante al de la máquina.”

El control automático ha sido estudiado por expertos los cuales ofrecen diferentes definiciones de éste, para efectos de este texto estableceremos el control automático de la siguiente manera:

Se entiende por control automático a la comparación de una señal de salida con una señal de entrada (referencia) sin la intervención de la mano del hombre.

En el caso de los motores el control automático utiliza fundamentalmente un arrancador electromagnético cuyas funciones están controladas por uno o más dispositivos pilotos automáticos a través de los cuales se inicia la operación en forma automática; pero generalmente para romper la inercia del sistema se inicia con una operación manual. Cuando en un circuito existe la combinación de un dispositivo manual con uno o más dispositivos automáticos, debe considerarse como control automático. En particular el control automático actúa solo, sin la intervención de la mano del hombre.


88

Para su estudio, algunos autores lo agrupan de la siguiente manera: • Control del orden de eventos. • Control de variables físicas. El primero tiene gran aplicación en el área de robótica y esencialmente se da cuando se requiere programar una serie de acciones con secuencia predeterminada para que se cumplan o sucedan los eventos deseados. En un edificio inteligente, las escaleras eléctricas, las bandas transportadoras y elevadores son ejemplos de la aplicación de este tipo de control automático. El control de variables físicas se presenta cuando un sistema de control maneja variables físicas como velocidad, temperatura, flujo, volumen, presión etc., y su aplicación se encuentra en el control de procesos industriales. Este tipo de control utiliza en su sistema diferentes tipos de sensores para control de las variables como temperatura (termostato), la presión (presostato) etcétera. La aplicación de este tipo de control automático en un edificio inteligente se encuentra en las instalaciones hidrosanitarias, de aire acondicionado y seguridad principalmente. Un ejemplo de un sistema de control automático del orden de cuentas es el llenado con agua de una cisterna, utilizando un interruptor de flotador como dispositivo piloto, instalado en forma predeterminada como lo muestra la figura 2.11, el nivel alto y bajo es determinado por el brazo del interruptor del flotador como se observa en el esquema. LÍNEA

Interruptor Tubería para agua Arrancador electromagnético

Interruptor de flotador

Bomba con motor eléctrico Tubería para agua

Agua

Nivel alto Nivel bajo

Cisterna Pozo profundo

Fig. 2.11. Representación esquemática de control automático para el llenado de una cisterna.


89

Cuando la cisterna se descarga por el consumo de agua y llega al nivel bajo determinado por el brazo del interruptor del flotador, en esta condición el contacto normalmente abierto NC del flotador, conectado en serie con la bobina del arrancador M se cierra y activa el circuito del control, ver figura 2.12; arrancando la bomba e iniciando el llenado o la reposición de agua en la cisterna.

Interruptor de flotador nivel alto L1

NC

Interruptor de flotador nivel bajo

Arrancador electromagnético

OL OL

NA M

Nivel alto

N1

Control automático

Operación manual

Bobina

Fig. 2.12. Diagrama lineal de control automático para el llenado de una cisterna con agua, utilizando un interruptor de flotador.

En el momento de llegar el líquido al nivel alto, el brazo del flotador que sube con el nivel, abre el contacto normalmente cerrado NC, como consecuencia de la presión que ejerce el nivel de agua sobre la esfera del flotador y que se transmite a través del brazo del flotador parando en forma automática la bomba. El contacto NC se conecta en serie con el contacto NA, ambos del interruptor del flotador y además con la bobina del arrancador electromagnético. Nótese que no hay intervención de la mano del hombre, tanto en el arranque, como en la parada del motor; por lo que se tiene una operación automática, para romper la inercia del sistema bastará energizar a través del interruptor. El ejemplo anterior es un sistema de control automático del orden de evento, la operación de llenado es el evento a controlar en forma automática.

90


Corolario:

Control automático: Es el control que actúa solo, sin la intervención del hombre; esto significa que las funciones están controladas por uno o más dispositivos pilotos remotos, consiguiendo con éstos la operación automática.

4. SIMBOLOGÍA

En el lenguaje de control hay un grupo de símbolos básicos que se aplican para el diseño del circuito de control; en este punto se representan los símbolos más comúnmente empleados en los diagramas. SÍMBOLO

DESCRIPCIÓN Representa un contacto normalmente abierto y es accionado automáticamente. Representa un contacto normalmente cerrado automáticamente. Representa un contacto normalmente abierto, accionado normalmente por un pulsador. IDEM

anterior pero normalmente cerrado.

Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de palanca y su accionamiento es manual. IDEM

anterior, pero normalmente cerrado.

Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de nivel de líquido, su accionamiento es automático.

91


92 SÍMBOLO

DESCRIPCIÓN IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de presión o vacío, su accionamiento es automático. IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor activado por temperatura, su accionamiento es automático. IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de flujo o caudal, su accionamiento es automático. IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de límite o fin de carrera, su accionamiento es directo. IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de pedal, su accionamiento es manual. IDEM


Representa el contacto normalmente abierto temporizado con retardo al activarse, su operación es automática.


SÍMBOLO

93

DESCRIPCIÓN IDEM


Representa una lámpara piloto o una lámpara indicadora.

M

Representa una bobina de un arrancador.

R

Representa una bobina de un relevador.

RT

Representa una bobina de un elevador de tiempo o relevador temporizador. Representa una protección de sobrecarga (protección contra carga). Representa un interruptor selector dentro fuera. M A

Representa un interruptor selector de dos posiciones manual y automático. Representa un contactor trifásico.

L

Representa la línea viva de alimentación al circuito de control.

N

Representa el neutro de la alimentación al circuito de control.

BLANCA PÁG. 94

5. LENGUAJE DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL

Los diagramas son los lenguajes escritos de los circuitos eléctricos y adoptan diversas formas según sean las necesidades específicas para su empleo. Desde el punto de vista del control existen tres tipos y son:

Tipos de diagramas

• Diagrama de haces o unifilar. • Diagrama de conexiones o físicos. • Diagrama lineal de control. El primer tipo de diagrama es el que se aplica para efectuar los cableados y conexiones físicas cuando se conecta un sistema de control; asimismo, se utiliza para detectar fallas cuando se presentan durante la operación del sistema. Este diagrama se elabora dibujando, por medio de símbolos convencionales, los equipos y dispositivos pilotos que intervienen, aproximadamente en el lugar físico que les corresponde en la instalación. Dicho en otras palabras: “El diagrama de conexiones o físicos es la representación del circuito de control con la distribución y situación física relativa de sus componentes.”

95


96

A continuación como ejemplo, en la figura 2.13 se representa el diagrama físico para el arranque y paro de un motor eléctrico con estación de botones remota. Arrancador electromagnético

L1

L2

1

L3 6

Contactos de carga o fuerza

2

Contacto auxiliar

Arrancar 3

2

3 1

3

2

M

Parar

Bobina

Dispositivo piloto remoto

Relevador de sobrecarga

T3

T2 4

6

OL

OL

5

5

Relevador de sobrecarga

Motor

Fig. 2.13. Diagrama de conexiones o físico, arranque y paro de un motor eléctrico con estación de botones remota.

En este diagrama se representan, en esencia, los componentes como bobina del arrancador, contactos de carga o fuerza, contactos auxiliares y relevadores de sobrecarga, además, la estación de botones arrancar y parar, los cuales son identificables perfectamente, así como los hilos conductores que interconectan al circuito de control y fuerza. La principal ventaja que ofrece este tipo de diagrama es que ayuda a identificar sus componentes en la conexión correcta. Nótese que el diagrama del circuito de control se representa con una línea roja, motivo de este tema y el de fuerza o carga con una línea azul. La numeración empleada para señalar los puntos de identificación se anotan en función del diagrama lineal de control presentado en la figura 2.15.

UNIDAD II.PRINCIP RINCIPIOS IOS BÁSIC BÁSICOS OS DE CONTR CONTROL OL Y AUTO AUTOMA MATIZ TIZAC ACIÓN IÓN

97

Diagrama de haces o unifilar

Si bien no está claro claro como el primer tipo de diagrama, en cuanto a la comprensión de funcionamiento del circuito de control, control, pero tiene la ventaja ventaja de ser más compacto, compacto, ahorrando línea con varios conductores en una sola, lo que da claridad cuando se trata de conectar a grupos de componentes de varios circuitos de control. Un ejemplo de este tipo de diagrama es el que se ilustra en la figura 2.14 y corresponde al diagrama d iagrama lineal de d e control de la figura 2.15.

Arrancar

L1

L3

1

6

L3

Contactos de carga o fuerza

2

Contacto auxiliar

3 2 3

1

M

Parar

Bobina

Estación remota

6

OL T1

OL T2

Arrancador electromagnético T3

Motor

Circuito de control Circuito de fuerza

Fig. 2.14. Diagrama Diagrama de haces o unifilar unifilar para conexión conexión física; física; arranque arranque y paro de un motor moto r eléctrico con estación de botones remota.

EL CONT CONTRO ROLL ELÉC ELÉCTR TRIC ICO O EN LOS SIST SISTEM EMAS AS DE EDIF EDIFIC ICIO IOSS INTE INTELI LIGE GENT NTES ES

98

Obsérvese que en este diagrama el cableado y conexión se identifica con un número donde el punto de conexión, conexión, origen y el de conexión final tienen el mismo número. En este ejemplo, el origen y final del cableado se presenta entre la estación estación de botones remota remota y el arrancador. arrancador. Este tipo de diagrama tiene tiene gran aplicación en lo trabajos de montajes, por ejemplo de tableros. estudio de dicho diagrama diagrama es el motivo motivo de este Diagrama lineal de control . El estudio tema, por la importancia que tiene para la comprensión comprensión y análisis de los circuitos de control, pues a partir de éste se efectúa la lectura e interpretación de las funciones de control, control, y mediante éste se elabora el diagrama físico o de conexiones de cada componente incluido en el circuito. El diagrama lineal es la representación del circuito de control con los elementos o componentes componentes dispuestos en orden orden a su relación relación eléctrica, ver figura 2.15. L1 1

1

2 2

3 2

3 M

4

N

3

Fig. 2.15. Diagrama Diagrama lineal lineal de control, control, arranque arranque y paro de de un motor con estación de botones.

La lectura o interpretación de este tipo de diagrama es a partir de la izquierda, de la línea superior denotada como L1 y se sigue hacia hacia la derecha hasta la línea denotado como N. Si un contacto contacto está abierto la corriente no pasará por éste, si está cerrado la corriente corriente circulará para excitar excitar o activar la bobina en este ejemplo, pero puede ser cualquier otro dispositivo conectado conectado en el circuito; será necesario que cada contacto e interruptor estén cerrados y activar activar el circui circuito to de contro control.l. Es decir, decir, si hay hay un contact contactoo abierto, abierto, la bobina bobina estará inactiva y si no lo hay la bobina estará activada (energizada). Lo anterior significa que la lógica aplicada en el diagrama lineal de control es por medio de las conexiones conexiones cerrado/abierto, dicho de otra manera sí/no, que es la operación de los bits.


99

El uso de contactos abiertos o cerrados de relevadores y contactores electromagnéticos para diseñar sistemas de control eléctrico automáticos ha sido la base durante muchos muchos años para este este fin, pero actualmente es considerada una tecnología antigua como consecuencia de la aparición del controlador lógico programable (PLC) que tiene una gran aplicación para la automatización de procesos. Pero Pero el estudio de los diagramas de control control lineal sigue siendo la base para el uso del PLC ya que en su programación el lenguaje más utilizado es el diagrama de contactos o diagrama de escalera. Ésta es una de las ventajas ventajas que tiene el diagrama lineal de control, control, otra es que muestra muestra el circuito en su propia o correcta correcta secuencia secuencia eléctrica, donde cada componente está está indicado en su sitio en el circuito eléctrico, independientemente de su posición física; esto permite la comprensión comprensión del circuito de control y facilita su análisis para localizar una falla cuando se encuentre en operación. Los símbolos utilizados para el diagrama lineal de control, control, están colocados en su posición eléctrica del circuito de control en lugar de su posición física y los contactos “NA “NA” y “NC” “NC” de un relevador pueden estar separados o repartidos entre un extremo extremo y el otro del diagrama, éstos se identifican con con una letra o varias y un número número en función de la bobina del relevador relevador,, esto se entiende mejor si atendemos a las figuras 2.16 y 2.17. Posición física de los contactos contacto s “NA” “NA” y ”NC” R1 R1 R1

R1

R1 Relevador de control

RT1 RT1 RT1 RT1 RT1 Relevador de tiempo

Fig. 2.16. Disposición Disposición física física de de contactos contactos “NA “NA” y “NC” en relevadore relevadoress con contactos instantáneos y contactos temporizados.

Cada uno de los contactos que son activados por el relevador de control tiene la letra y número de identificación que tiene la bobina de dicho relevador; en este caso la bobina se identifica como R1 y los los juegos de contactos contactos abiertos (2) y los cerrados (2) se denotan como R1 en cada uno.

EL CONT CONTRO ROLL ELÉC ELÉCTR TRIC ICO O EN LOS SIST SISTEM EMAS AS DE EDIF EDIFIC ICIO IOSS INTE INTELI LIGE GENT NTES ES

100

En el caso del relevador de tiempo se identifican análogamente, análogamente, la diferencia del contacto temporizado NC se identifica con las letras inversas TR1. La numeración que acompaña a la letra de identificación del símbolo se da porque en un sistema de control se presenta la necesidad de emplear varios relevadores o bobinas de arrancadores como ocurre por ejemplo en el arranque secuencial de dos motores figura 2.17. N

L1 P

A R1 R1

Posición eléctrica en el circuito de control de contacto s “NA” “NA”

R1

OL

OL

OL

OL

M1 A M1 M2

M2

NA Contacto normalmente abierto NC Contacto normalmente cerrado

Fig. 2.17. Arranque Arranque de motores motores en secuencia y paro simultáneo simultáneo..

En el diagrama de la figura 2.17, se identifican identifican las bobinas bobinas de los arrancadores correspondientes a los dos motores motores con la letra y número M1, M2 y el relevador relevador de control control con la letra y numero numero R1, así se pueden pueden indicar N motores y relevadores requeridos por el sistema de control. En este sistema de control el arranque y paro se logra por medio del relevador de control, control, al activarse su bobina a través del pulsador arrancar (línea 1 del diagrama) cierra instantáneamente sus contactos R1 y de esta forma arranca el motor M1 y se prepara el arranque del motor M2 (línea 3 del diagrama); éste arranca al oprimir el pulsador arrancar y el paro simultáneo simultáneo de los motores es a través del pulsador pulsador paro (línea 1 del diagrama). Al oprimir este pulsador se desenergiza la bobina de R1 e instantáneamente se abren los contactos del relevador interrumpiendo los circuitos de control donde se


101

encuentran encuentran conectados. conectados. El contacto contacto auxiliar auxiliar identificado identificado como M1, establece establece la condición de primero arrancar el motor 1 para poder arrancar el motor 2, esto es lo que se denomina arranque en secuencia de motores. De este diagrama lineal de control se observa lo siguiente: sistema de control control es del tipo manual, manual, pues las operaciones operaciones arranarranPrimero: el sistema car y parar se efectúan con la intervención de la mano del hombre. Segunda: el diagrama presenta tres líneas para situar los componentes del sis-

tema de control, por esto se conoce conoce como diagrama de escalera.

BLANCA PÁG. 102

6.TIPOS DE CIRCUITOS DE CONTROL

Existen dos tipos básicos de circuitos de control y esta designación se da por el número de hilos o conductores que llegan a la bobina del arrancador. • De dos hilos. • De tres hilos. En el primero solamente llegan dos hilos a la bobina del arrancador, ver figura 2.18 y en el segundo son tres hilos los que llegan, ver figura 2.19. L1

N

Hilo 1

OL

OL

M Hilo 2 Contacto del dispositivo piloto (interruptor de nivel, presión, etc.)

Fig. 2.18. Circuito de control del tipo dos hilos, se identifican con los números 1 y 2.

Circuito de control a dos hilos: en éste el dispositivo primario de mando o dis-

positivo piloto primario debe ser de contacto sostenido, como se indica en la figura 2.16, el cual puede ser un interruptor selector, un interruptor de flotador, un interruptor de limite, etc., en general cualquier tipo de componente de control que cierre un juego de contactos y lo mantenga en posición cerrada durante el tiempo que el motor esté operando. La apertura de este contacto provoca el paro del motor o máquina al interrumpir el circuito, desenergizando la bobina del arrancador.

103


104

Circuito de control a tres hilos: el circuito de control con tres hilos requiere que

el dispositivo piloto primario sea del tipo de contacto momentáneo como un pulsador, arrancar; pero además se caracteriza por el uso de un contacto auxiliar del arrancador o de un relevador como se muestra en la figura 2.19, para mantener cerrado el circuito de la bobina durante el tiempo que el motor esté en marcha.

L1

P

Contacto momentáneo Hilos

Contacto sostenido

1 M1 Contacto auxiliar

2

M

3

N OL

OL

Hilo

Fig. 2.19. Circuito de control tipo de tres hilos, se identifican con los números 1, 2 y 3.

En el circuito de control tipo tres hilos, el contacto auxiliar tiene la función de mantener cerrado el circuito durante el tiempo que el motor esté en marcha y justamente su conexión provoca la utilización de tener un tercer hilo o conductor en el circuito. Este contacto también se conoce por algunos como “contacto de sello” del circuito de control.

Corolario:

Todos los circuitos de control, independientemente de su complejidad son el resultado de la aplicación de estos dos tipos de circuitos básicos (a dos o tres hilos) o bien son variaciones o combinaciones de éstos.

7. DESARROLLO DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL

La mayoría de los circuitos de control se diseñan o proyectan muy pocas veces como unidad completa. Normalmente se procede a desarrollarlos por etapas sucesivas, donde cada una de las cuales provee la función de control que se desea realizar. El desarrollo de todo tipo de sistema de control se recomienda iniciarlo con un circuito básico de control y después transformarlo y ampliar cada uno de estos circuitos para el control deseado de uno o varios motores mediante la adición de dispositivos pilotos o de contactos activados por uno o más dispositivos de control. Para desarrollar los circuitos de control se recomienda usar el diagrama lineal de control, estudiado en el punto cinco de este capítulo, pues este tipo de esquema otorga más facilidad para el diseño y comprensión de ellos. A continuación se ofrecen recomendaciones básicas para desarrollar estos circuitos de control, los cuales, si se aplican, se podrán diseñar sistemas de control tan sencillos o más complejos como se quiera. Primera: trazando las líneas de alimentación que puede ser línea y neutro o

dos líneas vivas (L1, L2), comenzar por la bobina del contactor y los dispositivos de sobrecarga como se ilustra en la figura 2.20. L1 OL

OL

N

M Bobina Fig. 2.20.

105


106

Enseguida se añade el dispositivo o piloto primario para el arranque y paro del motor, normalmente en un circuito de tres hilos son botones pulsadores, utilizados conjuntamente con el contacto auxiliar del arrancador (contacto de sello). El circuito se transforma como se representa en la figura 2.21. Dispositivo piloto (parar-arrancar) L1

A

N

P OL

OL

M1

M1 Contacto auxiliar

Fig. 2.21.

Además al circuito se deben incorporar sucesivamente los contactos o pulsadores requeridos para realizar las funciones adicionales de control hasta desarrollar el circuito deseado o final; por ejemplo adicionar la función de señalización de paro y puesta en marcha del motor del circuito de la figura 2.22 con lámparas piloto. En la figura 2.22 se representa el diagrama del circuito de control con la función de señalización y esto se logra utilizando conjuntamente lámparas piloto, un contacto adicional normalmente cerrado del arrancador electromagnético. Proceso por automatizar (accionadores)

Sensores, transductores

Preaccionadores:

Fig. 2.22.


107

Otra solución es utilizar un relevador de control en lugar del contacto NC del arrancador electromagnético, como se ilustra en la figura 2.23. Nótese que en este circuito al incorporar un componente adicional de control (relevador) el circuito se vuelve más complejo. L1

A

N

P OL

OL

M1

NA M1

Relevador

R1 NA

Piloto verde (marcha)

V

NC

Piloto rojo (paro )

R

R1 NA Contacto normalmente abierto NC Contacto normalmente cerrado

Fig. 2.23.

Segunda: siempre que se trate de un circuito de control a tres hilos, se debe

tener presente que todos los dispositivos para realizar la función de paro sean dispositivos normalmente cerrados y estén conectados en serie con el pulsador piloto primario de parada; y los dispositivos que han de realizar la función de arranque sean contactos normalmente abiertos y estén conectados en paralelo con el pulsador piloto primario de arranque. Esta segunda recomendación se ilustra en el circuito de control de la figura 2.24. L1 P

N

A OL M1

Interruptor de palanca

A

M1

Fig. 2.24.

OL

108


En el circuito de control del ejemplo anterior, figura 2.24, el motor se arranca desde dos lugares distintos por medio de dos pulsadores arrancar conectados en paralelo con el contacto de sello NA, y el paro también se efectúa de dos lugares diferentes con un interruptor de palanca conectado en serie con el motor pulsador de paro. Tercera: cuando se requiere de una secuencia definida para la actuación de

diversos componentes de control, deben adicionarse sucesivamente al circuito de control en el mismo orden de la secuencia de operación o funcionamiento deseado. Verificando el funcionamiento después de adicionar cada contacto o dispositivo piloto y comprobando que no se ha impedido el funcionamiento de algún componente de control existente en el circuito de control. Una aplicación típica de esta recomendación es cuando se requiere controlar bandas transportadoras de materiales. Como se ilustra en el diagrama lineal de control que se presenta a continuación: En este ejemplo se presenta el sistema de control para tres transportadores de materiales, de tal manera que el transportador 1 descargue material al transportador 2, éste a su vez lo descarga en el transportador 3, con el cual se puede cargar un vehículo o bien una tolva; el lugar puede ser un muelle o un almacén de materia prima. En el circuito de control figura 2.25; al pulsar el botón arrancar A, el relevador R1 se activa y se mantiene a través del contacto auxiliar R1 conectado en paralelo con este pulsador; asimismo cierra el contacto R1 y arranca el motor del transportador M3, el cual está listo para recibir material del transportador M2 y éste arranca cuando el contacto auxiliar M3 del arrancador del transportador 3 cierra activando el circuito de la bobina del arrancador M3. Análogamente el contacto auxiliar M2 del arrancador que está conectado en el circuito del motor M1; se cierra y activa el transportador 1 y con esto se tiene en operación a los tres transportadores. El paro del sistema se efectúa desenergizando el circuito del relevador de control a través del pulsador “P”. Otra condición por la cual debe parar el sistema de los transportadores es debido a falla de sobrecarga en cualquiera de ellos. Esto se efectúa conectando en serie los ET de los relevadores de sobrecarga de los tres arrancadores con la bobina del relevador de control que se encuentra en la línea 1 del diagrama de control (figura 2.25).


L1

P

109 N

A OL OL OL OL OL OL

Línea 1

R1

Relevador de control

R1 Línea 2 Línea 3

M2 M3

Línea 4 R1

M1

Transportador 1

M2

Transportador 2

M3

Transportador 3

Fig. 2.25.

En este ejercicio, primero arranca el transportador 3, enseguida el 2, y después el 1; esto es porque se desea descargar material en el transportador uno hasta que estén funcionando los otros a efecto de que no se tire material si alguno de los otros está parado; es decir existe una condición de secuencia. Cuarta (Enclavamiento): cuando se requiere que una máquina arranque en los

dos sentidos y pare, es decir, marche directa e inversamente, se está ante la condición de enclavamiento eléctrico; esta condición se cumple aplicando dos arrancadores, uno produce la marcha directa y el otro la marcha inversa pero se tiene que bloquear a través de un contacto auxiliar normalmente cerrado (NC) de cada uno de los arrancadores y conectados en los circuitos de control de arranque directo e inverso, ver figura 2.26, de tal forma que no se activen simultáneamente los dos arrancadores; cuando se arranque el motor en marcha directa, manteniéndose bloqueado el circuito de control de marcha inversa y análogamente cuando se arranque el motor en marcha inversa prevalecerá esta misma condición, en el circuito a marcha directa. Para comprender la aplicación de enclavamiento en la marcha de un motor en ambos sentidos, se ilustra en el diagrama lineal de control de la figura 2.26, donde se tienen dos arrancadores uno identificado por la bobina (MD), que proporcionan la marcha directa y (MI) para la marcha inversa; el paro y arranque se efectúan manualmente con los pulsadores identificados como (P) y (A), respectivamente. El requisito de enclavamiento eléctrico se cumple con la incorporación de los contactos auxiliares NC, identificados como MI2 del arrancador para marcha inversa y el MD2 del arrancador para marcha adelante.


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En la línea 1 del diagrama lineal de control, figura 2.26, se tiene conectado el contacto normalmente cerrado MI2 en serie con la bobina MD, cuando se oprima el pulsador A, el motor arranca en marcha directa, proporcionando a la máquina una marcha hacia delante, el circuito se mantiene energizado a través del contacto auxiliar MD1, línea 2 del diagrama de la figura 2.26 y el contacto MD2 de este mismo, conectado en serie con la bobina MI del arrancador que proporciona la marcha atrás (línea 3), en este momento se abre (normalmente cerrado); bloqueado el circuito de marcha atrás y por lo tanto no se tendrá la posibilidad de que éste arranque en marcha inversa.

L1

A OL

M1 MD

Línea 1

Línea 2

N

MD2

P

B

Marcha directa o adelante

Contactos auxiliares para enclavamiento

MD

Línea 3

OL

MD

M1

Marcha inversa o atrás

Línea 4 M1

Fig. 2.26.

Cuando se necesite la marcha del motor inversa; se oprime el pulsador A para parar el motor e inmediatamente se oprime el pulsador B conectado en serie con MD2 y la bobina MI (línea 3), arrancando en este sentido y se mantiene el circuito activado a través del contacto auxiliar MI1 (línea 4), el contacto auxiliar normalmente cerrado MI2 (línea 1), se abre manteniendo bloqueado el circuito de marcha directa. Del análisis de este diagrama lineal de control, se concluye que este sistema de control satisface la condición de arranque y paro de una máquina en cualquiera de los dos sentidos: marcha directa o marcha adelante e inverso o marcha atrás con un pulsador de paro y dos de arranque uno para el giro directo y el otro para el giro inverso del motor eléctrico; cumpliendo la condición de enclavamiento.


Corolario:

Durante esta unidad se han estudiado conceptos básicos del control eléctrico y se aplica la lógica sencilla de sí/no; es decir en el circuito de control la corriente circula o no circula, el circuito está cerrado o abierto y estas condiciones se cumplirán en función de los contactos del circuito de control cuando están abiertos o cerrados. Si se comprende y se tiene presente esta lógica; y si se han asimilado las explicaciones sobre este tema, se estará en condiciones de proyectar y diseñar los circuitos eléctricos de control requeridos en los diferentes sistemas del edificio inteligente como se plantean en los capítulos del manejo y control del agua, la iluminación, el confort y la seguridad.

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8. ¿QUÉ ES LA AUTOMATIZACIÓN?

En los puntos anteriores de este capítulo, se definió el control automático y se acotó que en particular es un control que actúa solo, sin intervención del hombre. En la actualidad la mayoría de los sistemas de control automático en la industria no funcionarían si éstos dependieran de operadores humanos (individuos); porque el tiempo de reacción del hombre es aproximadamente de 0.2 segundos y además la tendencia de éste es a distraerse y aburrirse; ésta es una de las principales razones por lo que se excluye del manejo de estos sistemas y en consecuencia es uno de los factores que propicia la automatización. Los objetivos de la automatización desde su origen siempre han sido:

Procurar la reducción de costos de fabricación, una calidad constante (estándar) en los medios de producción y liberar al ser humano de las tareas tediosas, insalubres y peligrosas.

Por esto, uno de los objetivos más importantes de las empresas es la automatización de los procesos industriales, en un escenario donde la tarea principal es la búsqueda de la competitividad en un entorno cambiante y agresivo. La automatización de un proceso industrial consiste en incorporarle un conjunto de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguren su control y

113

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buen comportamiento. Dicha automatización ha de ser capaz de reaccionar frente a situaciones previstas de antemano y además frente a imponderables; tener como objetivo situar al proceso y a los recursos humanos que la asisten en la situación más favorable. Por ejemplo, como resultado del entorno competitivo cualquier empresa se ve sometida a grandes y rápidos procesos de cambio en búsqueda de su adecuación para enfrentar las demandas del mercado o simplemente como maniobra de cambio de estrategia al verse acortado el ciclo de vida de algunos de sus productos; verbigracia la industria automotriz y sus modelos; lo anterior obliga a mantener medios de producción, como la automatización, que posean una gran flexibilidad y puedan modificar oportunamente la estrategia de producción.

Fig. 2.27. Aspecto de una sección automatizada en una planta.

Asimismo, con la aparición de la microelectrónica y la computadora y su aplicación en el campo de la automatización, se ha facilitado incrementar los niveles de integración de los diferentes sistemas productivos y, en consecuencia, también de los centros de decisión empresarial. También, la tecnología de la automatización se centra en el conocimiento del control automático de los dispositivos tecnológicos utilizados en la implantación de la automatización; como transductores, sensores, temporizadores, contadores, etc., y los dispositivos lógicos de control, como son los autómatas programables; por ejemplo el controlador lógico programable (PLC), el cual se comentará más adelante en este capítulo.


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Definición de automatización. Hasta ahora no ha sido posible establecer una

definición precisa de automatización pero la preferida de la mayoría es la que se define en la Enciclopedia Británica y establece:

“Automatización” se define como el desempeño de operaciones automaticás dirigidas por medio de comandos programados con una medición automática de la acción, retroalimentación y toma de decisiones.

Por la definición se puede establecer que el concepto de automatización en forma esquemática es de la forma siguiente:

Concepto de automatización:

Control automático

+

Programación

=

Automatización

También esta definición indica claramente que parte de la automatización consiste en un programa para determinar el orden de los eventos así como para instruir al sistema sobre cómo debe realizarse cada uno de los pasos de la operación. La computadora ofrece la forma más flexible de programación; por esto no es sorprendente que en la actualidad la automatización tienda a asociarse con el control por computadora. Por ejemplo, por medio de una computadora y un PLC, encontramos automatizado un proceso de lácteos (leche en polvo) o la automatización de los sistemas de un edificio inteligente o de un sistema de gestión bancario o sistemas de llenado y embalaje de diferentes productos de las factorías.


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Componentes de la automatización . Los principales componentes de la auto-

matización son los sensores, transductores, los captadores, preaccionadores, y accionadores como motores y arrancadores; así como los órganos de tratamiento de la información; en particular el dispositivo de control (PLC) y el ordenador (computadora). A continuación se representan en forma esquemática sus componentes y el concepto de automatización. Captadores

Sensores transductores

Preaccionadores Componentes de la automatización

Dispositivo de control PLC

Accionadores Computadora Programa

La automatización y sus componentes.

Control automático

Sensores transductores

+

=

Automatización

Captadores

Dispositivo de control PLC

Preaccionadores

Programación

Computadora y programa

Accionadores

Fig. 2.28. Esquema de automatización.

Automatización


Corolario:

El concepto de automatización lleva implícita la supresión total o parcial de la intervención humana en la ejecución de diversas tareas industriales, agrícolas, domésticas, administrativas o científicas y además se puede aplicar la automatización a tareas tan sencillas como la regulación de la temperatura de un horno o el mando secuencial de una máquina herramienta,como la más compleja (control de un proceso industrial).

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9. NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN

El nivel de automatización de cualquier proceso o sistema, siempre está determinado, fundamentalmente por dos factores: • Económico. • Tecnológico. Por esto, se podrá encontrar una gama muy amplia y variada de los grados de automatización y estará en función de los objetivos deseados; pero en forma general se establece una clasificación básica.

Niveles de automatización

• Nivel básico o elemental. • Nivel intermedio. • Nivel superior. Automatización básica. Este nivel corresponde al instalado en una máquina

sencilla o parte de una máquina, programándole tareas de supervisión de tiempos muertos, posicionamiento de piezas y funciones de seguridad. Un ejemplo de esta automatización es el control de la operación de una grúa viajera, la cual se automatiza a través de un microprocesador y con dispositivos pilotos como interruptores de límite, se fijan los límites del recorrido en ambos sentidos y el posicionamiento para el transporte de material por medio de un programa. Otro ejemplo es también una tolva viajera para transportar cualquier tipo de material pulverizado (azúcar, gravilla, café granulado, etcétera).

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120


Automatización intermedia. Ésta corresponde a la automatización de un con-

junto de máquinas elementales para una etapa determinada de un proceso o bien de una máquina compleja. Siendo este nivel de automatización, la clásica aplicación en la automatización industrial. Un ejemplo de automatización es una línea de llenado; donde intervienen varias máquinas como una llenadora, una banda transportadora, una máquina que tapa el envase lleno, etc. El ejemplo de una máquina compleja es el de un compresor de aire automatizado el cual vigila la presión máxima y mínima, el nivel de aceite, el paro y arranque del motor en función de la demanda de la cantidad de aire y presión requerida en la red que alimenta el compresor, etcétera. Nivel superior de automatización. Es el instalado cuando se tiene o se desea la

automatización de un proceso completo, incluye aspectos de servicio, gestión de mantenimiento, entre otros. Un ejemplo de este nivel es de la figura 2.28. Corolario:

Los niveles de automatizacion indican el grado de complejidad de los sistemas automatizados.

10.TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

Existen varios tipos de sistemas de control que se han desarrollado por la evolución de la automatización para conseguir los objetivos de ésta en los diferentes procesos y sistemas, pero, sobre todo, estos sistemas de control se han derivado de la complejidad desarrollada por la tecnología de la automatización; de éstos se mencionan dos que han encontrado gran aplicación en la solución para automatizar procesos industriales y sistemas de gestión, administración o mantenimiento.

Tipos de sistemas de control

• Sistema de control directo. • Sistema de control distribuido. Sistema de control directo. Es un sistema de control directo que depende de

sensores, actuadores (relevadores, dispositivos pilotos), accionadores (motores, etc.), para enviar información a través de un dispositivo de control (PLC) en un enlace cerrado de un control de supervisión (computadora), éste regula las máquinas, aparatos mecánicos y electromecánicos en el sistema y a través de un programa (software). Toma decisiones basadas en su programación para controlar los elementos del proceso automatizado. La representación esquematizada de este sistema se representa en la figura 2.29. El nivel superior está constituido por una computadora central que supervisa y establece órdenes en función de un programa ( software) conectado al controlador local, además atiende tareas de impresión de reportes y mantenimiento.

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Control de supervisión (computadora)

Impresión de reportes (impresora)

Dispositivo de control (Controlador Lógico Programable)

Materia prima

Recepción y manejo materia prima “A“

Fabricación “B”

Llenado y envasado “C“

Empacado y almacén “D“

producto terminado

Fig. 2.29. Sistema de control directo.

Sistema de control distribuido. Es un sistema formado por varios dispositivos

de control programables, que efectúan las mismas tareas con base en una área específica o proceso y están enlazados a un control de supervisión a través de un programa (software), tomando decisiones en función de la programación para controlar los elementos de cada proceso, o sistema en su área específica (figura 2.30).

Monitoreo

Dispositivo de control PLC I

Impresión de reportes (impresora)

Control de supervisión (computadora)

Dispositivo de control PLC II

Dispositivo de control PLC III

Dispositivo de control PLC IV

Materia prima ABCD

ABCD

ABCD

ABCD

Producto terminado

Proceso

Fig. 2.30. Sistema de control distribuido.


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Donde: a) Recepción y manejo de materia prima. b) Fabricación. c) Llenado y envasado. d) Empacado y almacenado.

Ventajas: Primero: si se presenta una falla o una sobrecarga de trabajo, es posible trans-

ferir todo o parte de las tareas a otras unidades. Segundo: los interfaces hombre-máquina basados en la computadora crean el

ambiente apropiado para la comunicación inteligente entre el sistema de control y el hombre operador.

Desventaja: Primera. Inversión inicial en la adquisición de más de un PLC.

Corolario 1:

"Un sistema o proceso automatizado está formado por la parte operativa, conjunto de máquinas y/o subprocesos que desarrollan diversas tareas de producción y la parte de control, compuesta por los dispositivos de control utilizados para someter a un correcto comportamiento a la primera."

124


Corolario 2: El enfoque integrador de la producción o de los diferentes sistemas de ésta, requiere para su consecución la integración de las islas automatizadas; por lo cual el desarrollo y aplicación del sistema de control constituye la piedra angular de los modernos sistemas automatizados a emplear para integrar la producción.

11. EL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE ( PLC)

Antecedentes

El controlador lógico programable (PLC) tiene sus antecedentes en los años setenta, cuando la empresa estadunidense General Motors trataba de solucionar los problemas de falta de flexibilidad y adaptación al proceso productivo de los nuevos modelos de automóviles en la cadena de producción. Asimismo, los altos costos producidos por reparaciones, como consecuencia de las paradas en la cadena de producción, generadas por las averías en los automatismos basados en los tableros de control con relevadores electromagnéticos, promovieron el desarrollo del proyecto de un dispositivo de control que permitiera la automatización del proceso en esta armadora de automóviles. Con el desarrollo de la electrónica industrial y con los microprocesadores industriales en los setenta, se dio paso al control electrónico; durante la segunda mitad de esta década se formaliza el PLC y se desarrolla un incremento de la capacidad de memoria en ellos y con esto la posibilidad de entradas/salidas analógicas y numéricas, funciones de control de posicionamiento y, sobre todo, desarrollo de comunicación con periféricos y computadoras. En este contexto, su aplicación llega al control de procesos con carácter continuo, pues hace posible la comunicación del PLC con equipos e instrumentación específica para lograr sistemas automatizados. Es así como la General Motors, en 1978 instala los primeros PLC para automatizar su cadena productiva de automóviles. Durante la década de los ochenta, un número mayor de controladores programables (PLC) hizo acto de presencia en el mercado. Éstos proporcionaban un marco secuencial lineal sobre el cual el ingeniero o técnico podía

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programar salidas y entradas con suma facilidad. Estos dispositivos de control alcanzaron un elevado nivel de desarrollo, ofreciendo funciones de temporizadores, contadores y lazos de control. Es en esta década (mediados de los ochenta) cuando en México empiezan sus aplicaciones; en principio para remplazar los tableros de control con relevadores electromagnéticos y enseguida para automatizar etapas o procesos completos de producción.

Fig. 2.31. Controladores lógicos programables ( PLC ) tipo industrial (cortesía SQUARED y TELEMECANIQUE).

¿Qué es un controlador lógico programable (PLC)? Las siglas de PLC provienen de su nombre en inglés, que significa: Programmable Logic Controller . También a este dispositivo de control electrónico se le conoce como: “Autómata programable industrial.”

El controlador lógico programable es un dispositivo que permite mayor libertad de programación, pues se pueden controlar secuencias de dos máquinas o más en paralelo al mismo tiempo, aun cuando éstas operan de forma independiente, y responder a informaciones no secuenciales para la toma de decisiones. Se puede establecer que un PLC es un dispositivo electrónico que controla una máquina o un proceso y puede considerarse simplemente que es una caja de control con dos filas de terminales, una para conectar salidas y otra para conectar entradas.


127

Las terminales de salida proporcionan instrucciones o comandos para conectar dispositivos como válvulas selenoides, bobinas de arrancadores, bobinas de contactores, lámparas indicadoras, alarmas acústicas y otros dispositivos de salidas (preaccionadores). Las terminales de entrada son para recibir señales de retroalimentación a través de la conexión de dispositivos pilotos, como pulsadores, interruptores de límite, de nivel, de temperatura, etc.; sensores de proximidad, fotoeléctricos, presostatos y otros dispositivos de entrada (accionadores). El circuito interno del PLC para producir las instrucciones deseadas de las salidas en el momento adecuado o en la secuencia requerida se programa con el control requerido a través de un programa ( software) en la memoria del PLC con instrucciones lógicas. No requiere de ningún alambrado interno; el único cableado necesario es para conectar los diferentes dispositivos a las entradas y salidas (E/S). Como se muestra en la figura 2.32. Salidas (O)

Motores M1 M2

Bobinas de arrancadores Preaccionadores

Lámpara piloto

PLC Memoria CPU

Dispositivos pilotos

Accionadores Entradas (I)

Fig. 2.32. PLC indicando entradas y salidas (E/S).

Nota:

Las salidas se denotan por O (out ) y las entradas por I ( in).


128 Corolario:

El PLC es un dispositivo de control electrónico basado en un microprocesador que energiza (enciende) y desenergiza (apaga) un cierto número de salidas eléctricas de acuerdo con una secuencia previamente programada; incluyendo la sincronización y toma de decisiones en función de la retroalimentacion de un cierto número de entradas eléctricas. Ademas el PLC es capaz de suministrar un control en función del tiempo, así como un control de eventos y operaciones; también cuenta con un amplificador que puede adaptar señales analógicas generadas por un transductor que puede medir variables como temperatura o presión.

Fig. 2.33. PLC y visualización de datos (cortesía de TELEMECANIQUE).

Clasificación estructural de los plc . Hay dos criterios para la clasificación:

el primero está en función de los factores cuantitativos, que tienen en cuenta el número de entradas-salidas (E/S) y la capacidad de memoria.


129

El segundo depende de los factores cualitativos, en donde los PLC de una gama baja disponen de funciones para el control de variables discretas, numéricas, aritméticas y de comunicación elemental, considerando que el PLC, básicamente, se divide en dos sistemas principales: la unidad central (CPU) y el sistema de entradas y salidas (módulo de E/S). En atención a estos conceptos, se puede establecer la clasificación siguiente: Clasificación de los PLC

• Estructura modular. • Estructura compacta. La estructura modular divide en distintos módulos a las estructuras funcionales, de tal forma que físicamente existen módulos para la CPU y para los distintos tipos de módulos de entrada y salida (E/S). Las ventajas de esta estructura en el PLC son: • Permite la adecuación de la arquitectura del sistema a los requerimientos de diseño y funcionamiento. • También permite el funcionamiento parcial del sistema en el caso de una falla; simultáneamente permite reducir los tiempos de la reparación en forma notoria, con la sola sustitución del módulo diseñado; esto inclusive puede ser en pleno funcionamiento del sistema. La estructura compacta resulta adecuada para pequeñas aplicaciones con un número predeterminado de entradas y salidas. Los PLC conocidos en el mercado como nanocontroladores son un ejemplo de estos dispositivos diseñados con estructura compacta. Arquitectura del PLC o autómata programable tipo industrial

La arquitectura de un PLC o un autómata programable está constituida por: • Bloque de entradas: reciben señales, información del proceso. • Unidad central CPU : constituida por procesador y memoria.


130

• Bloque de salidas: proporcionan instrumentación para el proceso. • Periféricos: consolas de programación y unidades de diálogos.

Para tener una idea más clara de la arquitectura de un PLC, se presenta en forma esquematizada en la figura 2.34. Proceso por automatizar (Accionadores)

Sensores, transductores.

Módulo de entradas

Dispositivos de programación

Preaccionadores:

Unidad central CPU

Módulo de salidas

Módulo de aplicaciones especiales

Tablero de control

Visualizadores de datos

Fig. 2.34. Esquema general de la arquitectura de un PLC .

Dispositivos de programación: los controladores lógicos programables se

programan a través de cuatro dispositivos diferentes: • Unidad de programación manual (consola). • Unidad de programación gráfica (consola). • Una terminal inteligente de fábrica.


131

• Un ordenador o computadora con un programa (software) específico. El dispositivo de programación manual es una unidad portátil y de accesible manejo que se conecta al PLC mediante un cable interfase. Los programas se introducen, controlan y se editan por medio de un lenguaje mnemónico y de esta forma se programa en campo un PLC (figura 2.35).

Fig. 2.35. Dispositivos de programación manual tipo terminal con pantalla (cortesía de SQUARED).

Dispositivos de programación

• Consolas. • Computadoras. La computadora con un software adecuado de soporte como el de contacto o diagrama de escalera ofrece el método de programación más completo y favorable para el PLC. El programa puede trasladarse en una pantalla como un diagrama de contactos, el cual es convertido a código mnemónico y transferido al PLC o introducido directamente en código mnemónico, permitiendo al computador se encargue de dibujar el diagrama. Asimismo, los programas existentes en el plc pueden ser transferidos a la computadora para su almacenamiento o edición. Ya que la unidad de disco duro o disquete proporciona un método ideal para almacenar y recuperar programas.


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Microordenador COMPUTADORA

TERMINAL INTELIGENTE EN FÁBRICA

CONSOLA

Fig. 2.36. (Cortesía de TELEMECANIQUE).

La clasificación general de los lenguajes utilizados en la programación se realiza en función de tres niveles: bajo, medio y alto; dentro de estos niveles tenemos: Tipos de lenguajes para programación de un

• Informáticos. • Gráficos. Los informáticos son: • Bajo nivel: (Lenguaje máquina). Lista de instrucciones. • Alto nivel: Basic. Pascal. C.

PLC .


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Lenguajes gráficos: • Diagrama de escalera o contactos (ladder Diagrams) (ver fig. 2.37, inciso a) • Flujogramas (ver fig. 2.37, inciso b) • Diagrama de funciones lógicas (ver fig. 2.37 inciso c) • Grafcet (ver fig. 2.37, inciso d) Los lenguajes gráficos (ver su forma y disposición en la figura 2.37 y el de lista de instrucciones), denominados también lenguajes-máquina, son los más apropiados o utilizados para programar un autómata programable industrial. (c) α

≥

α ≥

(a) n

Operación 1

A n+1 B

(d)

Condición

n+2

D C

Operación 2

n+3 D

Operación 3 n+4 Operación 4

(b)

H

Fig. 2.37. Representación de los lenguajes gráficos.


134

LENGUAJES GRÁFICOS

De estos lenguajes para programar los PLC, el tipo casi imprescindible para hacer esta tarea en la automatización es el tipo diagrama de escalera o contactos, cuyo desarrollo forma parte de las especificaciones del diseño original del PLC, y esto fue para que el personal de mantenimiento de los tableros de control con relevadores pudiese operar sin dificultades los sistemas automatizados del proceso industrial. Este lenguaje es una simulación gráfica de los diagramas de control eléctrico basados en contactos abiertos y cerrados y bobinas de accionamiento. Su forma y disposición se presenta en la figura 2.38.

02

03 04 Fig. 2.38.

Fundamentalmente este lenguaje de diagrama de contactos representa caminos gráficos desde el extremo izquierdo del diagrama a través de condiciones abierto/cerrado (de los bits) hasta una instrucción en el extremo derecho del diagrama. Si el estado que prevalece de las condiciones de los bits en cada línea coincide con el estado solicitado, la instrucción se ejecutará. En la figura 2.38 se ilustra una línea de programa aplicando el lenguaje de contactos; las condiciones solicitadas son para que la entrada denominada 02 esté abierta, recuérdese que ésta puede estar conectada a cualquier dispositivo piloto a través del módulo de entrada, y la entrada 03 cerrada, cuando estas condiciones son cumplidas, la salida 04 permanecerá abierta (no se activa la bobina); pero cuando la entrada 02 se aplica o se activa y la entrada 03 permanece cerrada, la salida 04 se activará (normalmente éste es un preaccionador, que puede ser la bobina de un arrancador). La memoria del programa se explora en todo momento; como si estuvieran vivas todas las líneas y cuando se produce una coincidencia en alguna de ellas la instrucción se ejecuta independientemente de su posición general en el diagrama. Otro tipo de lenguaje para programación de un autómata programable PLC, son los diagramas de funciones lógicas, que están basados en las téc-


135

nicas de electrónica digital. En éstos se encuentran bloques programables de puertas lógicas, temporizadores, contactores, etc. (inciso c , fig. 2.37). Otros lenguajes son inminentemente del tipo informático y estos están formados por lenguajes de instrucciones basadas en nemotécnicas (inciso b, fig. 2.37). En la actualidad se han desarrollado e incorporado lenguajes para la programación de PLC, derivados de grafos basados en estado y eventos como el Grafcet , que se muestra en el inciso d) de la figura 2.37. La programación del PLC puede realizarse fuera de línea o en línea (conectado el proceso). La primera se aplica en la etapa de diseño e implantación del programa en cuestión. La segunda (en línea) se efectúa para la programación en planta, cuando se desean hacer modificaciones al programa (software) inicialmente instalado en el PLC; estas modificaciones se realizan, incluso sin detener el funcionamiento del PLC, a través del dispositivo para programación. Aplicaciones. El desarrollo del PLC se tiene por una necesidad del campo

industrial; por lo que su aplicación se inició automatizando etapas de un proceso, para después automatizar procesos completos de producción. A finales de los años ochenta y en los noventa el PLC encontró otra gran aplicación en el campo inmobiliario,cuando los empresarios demandaron la automatización de los sistemas de un edificio, desarrollando con ello el concepto de edificio inteligente.

El esquema para la instalación de un PLC, se representa en la figura 2.39. Con el desarrollo de los PLC compactos,debido a la alta integración en los circuitos integrados, hoy en el mercado se tienen los mini PLC, denominados nanocontroladores, que hacen posible su aplicación en la automatización de algunas actividades domésticas, como apertura y cierre de puertas, control de iluminación, control de riesgo de jardines, etc., y con esto en la actualidad se tiene un nuevo concepto: la domótica, que significa el concepto de casa inteligente (figura 2.40).


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Módulo de salidas

Módulo de entradas

Tablero de control (gabinete metálico)

Arrancador (preaccionador)

CPU

Motor (accionador) Tablillas de conexión Salidas (preaccionadoras) Entradas (captadores)

Tablillas de fuerza

Fig. 2.39. Instalación de un PLC .

Corolario:

Los PLC (controladores lógicos programables) son dispositivos electrónicos basados en microprocesadores con arquitectura (módulos e/s) adaptada al medio industrial. Por ser herramientas informáticas, permiten la implementación de algoritmos de control realmente complejos, así como el almacenamiento de datos y gran capacidad de comunicación. Los módulos de entradas/salidas (E/S), además de cubrir los objetivos de comunicacion con el proceso por automatizar, también tienen funciones de protección y aislamiento eléctrico a los circuitos internos del PLC.


Calefacción

Aire acondicionado

Indicador del sistema de detención de presencia

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Electroválvula de gas

Opción libre: A

Magnetotérmico

Teléfono

Línea telefónica

Sonda de temperatura

Detención de presencia

Detención fuga de agua

Emergencia médica

Detención fuga de gas Detención de humo

Fig. 2.40. Domótica (concepto de casa inteligente) (Cortesía SIMON).

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12. LA INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS DE SERVICIOS DEL EDIFICIO INTELIGENTE

Los edificios que se diseñan inteligentes, manejan sistemas de: comunicación (voz, datos, texto), prevención de incendios (red contra incendios, red de extinguidores), confort (aire acondicionado, calefacción, ventilación) hidrosanitario (red hidráulica, sanitaria, reciclado de aguas), iluminación (automatización, ahorro de energía) seguridad (control de acceso, vigilancia), todos estos sistemas pueden ser integrados o bien sólo algunos. La tendencia hacia la integración de los servicios en un inmueble ha sido gradual; primero estos servicios se agruparon en sistemas, para luego dar paso al concepto de “integración de los servicios”; en principio se intentó sin ningún éxito, pero con el desarrollo de las tecnologías de la automatización se propició la integración de estos servicios en un edificio, volviéndose un requerimiento imprescindible en el diseño del edificio inteligente. La integración de los sistemas de servicios es factible a través de la automatización y con un sistema de control adecuado, con el cual se permite controlar y monitorear el estado de las distintas instalaciones de los servicios y éstas actúen de acuerdo con el programa (software), previamente diseñado, con el fin de evitar fallas en su funcionamiento. Asimismo conservar los distintos grados de confort, llevar las estadísticas de mantenimiento de cada equipo que interviene en las instalaciones y reducir el personal requerido para mantener dichas instalaciones. Finalidad . Con la integración de los sistemas de servicios se pretende:

• Abatir costos de mantenimiento. • Abatir costos de operación. • Lograr una operación más eficaz de los sistemas.

139


140 • • • • •

Monitorear los distintos sistemas de servicios. Ahorro de energía. Ahorro de agua. Mantener los grados de confort para el bienestar físico del empleado. Entre otros.

La integración de los sistemas de servicios se muestra a continuación, donde se observa que estas finalidades se cumplen.

!DMINISTRACIØN TÏCNICAYSUPERVISIØN 0#

#ONTROLYAUTOMATIZACIØN SISTEMASDESERVICIOS 0,#

3EGURIDAD VIGILANCIA

#ONF ORT!! CALEFACCIØN VENTILACIØN

(IDROSANITARIO HIDRÉULICASANITARIA RECICLADODEAGUA

%NERGÓAELÏCTRICA SUBESTELÏCTRIC A PLANTAEMERGENCIA DISTRIBUCIØN

4RANSPORTE ESCALERASELÏCTRICAS ELEVADORES BANDASTRANSPORTE

.IVEL

.IVEL

4ELECOMUNICACIONES INFORMÉTICA

0ROTECCIØN INCENDIOSISMOS

.IVEL

)LUMINACIØN INTELIGENTE

Fig. 2.41. Esquema de la integración de los sistemas de servicios a través de la automatización.

El esquema nos muestra la integración de los diferentes sistemas que intervienen en un edificio inteligente y éstos son los mencionados en la unidad I; esto se logra a través del sistema de control; observando el esquema, se tiene un nivel I para la administración técnica o bien para la gerencia de


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servicios generales; desde donde se controla y monitorean todos los servicios que intervienen en el edificio inteligente. Esto se logra por medio de un equipo de cómputo; el cual se encuentra conectado al control y automatización, nivel II, donde se instala el dispositivo de control con el cual se mantiene el control de las diferentes instalaciones enlazadas desde el nivel III a través de los dispositivos pilotos, sensores captadores y accionadores.

Corolario:

Como se habrá notado, no es posible tener la integración de los servicios con los cuales opera un edificio inteligente, sin un sistema de control. Para establecer un sistema de control, previamente se debe diseñar su esquema general,además diseñar los circuitos de control que luego son parte del diseño del programa (software) y del dispositivo de control (PLC) el cual opera con el software, utilizando un dispositivo de programación (computadora).

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13. ÁREAS DE APLICACIÓN DEL CONTROL ELÉCTRICO Y AUTOMATIZACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE

En el punto anterior se acotó la razón del control eléctrico y la automatización en el mercado de los edificios inteligentes, y ahora lo que se necesita es saber cuáles son las áreas del edificio donde se requiere la aplicación del control y la automatización. La identificación de las diferentes áreas donde se aplican estas tecnologías se presentan a continuación: Seguridad patrimonial

Sistemas de seguridad y protección

• Control de acceso • Vigilancia perimetral • Control de rondas de vigilancia Protección • Detección contra fuego • Red contra incendio • Seguridad contra sismos • Señalización salidas de emergencia

Hidrosanitaria

Áreas de aplicación del control eléctrico y la automatización

• Instalación hidráulica • Instalación sanitaria • Reciclado de aguas Iluminación inteligente • Alumbrado de privados • Alumbrado de áreas generales de trabajo Confort

Sistemas de servicios para operación

• Aire acondicionado • Calefacción • Ventilación Transporte • Elevadores • Escaleras eléctricas • Robotización • Estacionamiento

Fig. 2.42.

143

BLANCA PÁG. 144

14. EL SISTEMA DE CONTROL EN UN EDIFICIO INTELIGENTE

Los sistemas de control fueron introducidos al ámbito industrial en México por empresas especializadas en el campo de la instrumentación y la automatización en los años ochenta para controlar y administrar la producción en la factoría. Fueron adoptados en el mercado de los edificios inteligentes cuando se pretendió la integración de los servicios, y dos de ellos actualmente encuentran una gran aplicación en este campo para enlazar todas las instalaciones y equipos que intervienen en los sistemas del inmueble.

Tipos de sistemas de control en el edificio inteligente

• Sistema de control directo. • Sistema de control distribuido. Finalidad . El sistema de control tiene como finalidad en el edificio inteligente

enlazar todas las instalaciones de los sistemas para que éstas puedan ser: • • • •

Automatizadas. Supervisadas. Monitoreadas. Administradas.

A través de una computadora y aplicando las tecnologías de automatización (PLC + captadores + preaccionadores + programación).

145


146

Diagrama esquemático del sistema de control directo . Atendiendo los sistemas

de control explicados en este capítulo; un sistema de control directo para automatizar los sistemas de servicios con los cuales opera un edificio inteligente se representa en la forma siguiente:

Fig. 2.43.

Donde: 1. Servomotor con compuerta para modular el aire. 2. Válvula selenoide de agua al humidificador. 3. Ventilador. 4. Sensor de temperatura. 5. Sensor de presencia. 6. Atenuador manual para encendido y apagado de la iluminación. 7. Fotocelda eléctrica. 8. Sensor de presión (presostato).


147

9. Sensor de flujo (flujómetro). 10. Válvula solenoide para control de líquido. 11. Bomba de agua. 12. Controlador lógico programable (PLC). 13. Centro de control de motores (CCM). Cableados de interconexión. En el ejemplo mostrado en la figura 2.43, el nivel superior está constituido por la computadora central a través de la cual se supervisa, monitorea y se establecen las instrucciones al dispositivo de control (PLC) por medio del software, con el cual se establecen los enlaces de control para cada elemento o equipo de las instalaciones que integran los sistemas con que opera el edificio. En el diagrama esquemático del sistema de control directo están representados algunos de los elementos de entrada como son los sensores de temperatura, de presión, de presencia, de flujo, fotocelda, con esto se efectúa la observación o bien a través de ellos son sensadas las variables de entrada (temperatura, presión, flujo, entre otras) alimentando al sistema de control. Asimismo, se muestran los elementos de salida: las bobinas de los contactores que están agrupadas en el centro de control de motores ( CCM), para arrancar y parar los diferentes motores y válvulas actuadoras; todos estos elementos asociados a las variables de salida y mando de operaciones del sistema de control. Recordando que en una situación de falla de la computadora central, el control de las variables de los sistemas de servicios queda garantizado a través del controlador lógico programable. Diagrama esquemático de un sistema de control distribuido . La aplicación

de este sistema depende de varios controladores programables ( PLC) enlazados a una computadora central; que realiza la supervisión y monitoreo, y aplica las instrucciones a través de un programa a cada plc que controla uno o más sistemas de servicios y con ello se establecen los enlaces cerrados de control para cada sistema o área específica, ver figura 2.44. La elección de uno o más sistemas de servicios a controlar con un controlador lógico programable es parte del diseño del sistema de control, y ésta debe efectuarse considerando las necesidades de la administración del edificio. El ejemplo mostrado en la figura 2.43 para ilustrar el sistema de control


148

distribuido nos muestra algunos de los sistemas controlados cada uno por un PLC; pero también se pueden integrar a un PLC dos sistemas o más; esto de acuerdo con las necesidades del diseño y del cliente. Protección

Confort

Sensores de temperatura

Unidad de aire acondicionado

Válvula del extintor

PLC

Detectores de incendios

PLC

PC

PLC

Sensor de Sensor de Cerradura intrusión movimiento

Lector de tarjeta

Sirena

Control de acceso

Fig. 2.44.

Ventaja del sistema. En éste existen varios dispositivos de control que realizan

las mismas tareas, y en caso de presentarse una avería en alguno de los sistemas del edificio inteligente es posible transferir estas tareas a cualesquiera de las otras unidades; lo anterior permite incrementar la confiabilidad del sistema de control análogamente a su mantenimiento; pues los cambios en cada sistema de servicios o instalaciones, solamente provocan efectos parciales al sistema de control. Quizá sus desventajas comparado con el sistema de control directo es la inversión inicial al tener que adquirir más de un PLC.


Corolario:

Un sistema de control directo en un edificio inteligente depende de los captadores sensores de temperatura, de presión, de presencia y dispositivos pilotos (interruptores de nivel, etc.) los cuales envían información a través de un dispositivo de control PLC, formando un enlace de control, y por medio del programa instalado previamente controla los preaccionadores, como ventiladores,servomotores,electroválvulas,centros de control de motores, alarmas visuales y de audio de los sistemas (aire acondicionado, iluminación, instalación hidrosanitaria, sistema de protección y seguridad). Existiendo una computadora con la cual se efectúa la supervisión de cada uno de los sistemas del edificio inteligente. El sistema de control distribuido depende de varios controladores programables PLC enlazados y que controlan uno o varios sistemas del edificio inteligente por medio de un programa y de los captadores preaccionadores. Existiendo una computadora central que coordina a los PLC y efectúa la supervisión.

149

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15. EJERCICIO

Elaborar el diagrama de control de arranque, paro y marcha intermitente de un motor. Primero: asumimos que el motor funciona en una sola dirección. Segundo: la operación es manual.

Aplicando los conocimientos de control eléctrico adquiridos en este capítulo, se proyecta el circuito siguiente:

L1

N

P

A Relevador de control

R1 Operación intermitente

R2 OL OL M1

R1

M1

Fig. 2.45.

151

Motor M1

152


Arranque y paro manual de un motor

Al oprimir el pulsador A (arranca) de contacto momentáneo, se cierra el circuito a través del pulsador P (parar) de contacto normalmente sostenido y energiza el relevador R1, de control que a su vez cierra los contactos NA, denominados R1 y R2. Al activarse el contacto R1 prepara el arranque de M1. En esta condición la bobina M1 del arrancador del motor M1 se energiza a través del contacto R2 y con el contacto auxiliar M1, normalmente abierto NA, se pondrá en marcha el motor. Al estar energizada la bobina M1 se mantiene cerrado el contacto M1, normalmente abierto. Todo esto sostiene en marcha al motor, independientemente que el pulsador de arranque fue oprimido momentáneamente. En esta situación el contacto M1 se dice que hace la función de sello en el circuito. El motor se para cuando se opere el pulsador P, porque en ese momento se interrumpe el circuito y, en consecuencia, se desenergiza.

Operación intermitente del motor

Si se oprime el pulsador A1 de contacto momentáneo, denominado operación intermitente, el circuito se cierra desde L1 hasta N, a través del pulsador P, contacto sostenido y normalmente cerrado, hasta la bobina M1 y también a través de los contactos de los relevadores de sobrecarga OLS. En esta condición la bobina M1 de arrancador es excitada y produce la marcha del motor en una sola dirección, éste estará en marcha el tiempo que se mantenga accionado manualmente el pulsador A2 de operación intermitente y se para en el momento que se deja de accionar (oprimir) dicho pulsador y nuevamente se oprime para poner en marcha el motor una vez más. De esta forma el circuito provee la puesta en marcha intermitente del motor, además cumple con la protección de seguridad por medio del relevador R1, que enclava el arrancador M1 durante la operación intermitente, a través del contacto R1.

UNIDAD III

PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA HIDROSANITARIO


En esta unidad se presenta el proyecto del control eléctrico, aplicado al servicio de agua, éste es uno de los tres ejercicios que se ofrecen en esta obra y con esto se pretende verificar si se ha asimilado la parte procedente de este libro (unidad II), aplicando los conocimientos necesarios de las funciones y tipos de control, diagramas de circuito, para iniciar el modo de diseñar los circuitos y con ello ser capaz de interpretar o realizar un proyecto de control, además de tener la seguridad de si funciona correctamente; es decir, poder efectuar el proyecto de control eléctrico de un sistema de servicios en un “edificio inteligente”. Asimismo, se tiene la finalidad de conocer el sistema hidrosanitario con todos sus elementos para identificar en cuál de ellos se aplica el control eléctrico para proporcionar el suministro de agua potable a los consumidores del “edificio inteligente”, con un enfoque del ahorro de agua. También, comprender el procedimiento para establecer las condiciones que deben cumplir los circuitos de control; considerando para esto diagramas de flujo y esquemas ilustrativos y variables a efecto de visualizar condiciones o requisitos y en atención a esto diseñar los diferentes circuitos de control hasta obtener el proyecto de control para el sistema hidrosanitario. En el control de uso de agua en muebles sanitarios (descargas de aguas

153

154


negras) se tiene el objetivo de aprender la aplicación de dispositivos electrónicos, con tecnologías nuevas, como son los sensores ópticos a efecto de ahorrar agua y con esto cumplir con una de las finalidades del “edificio inteligente”.

1. EL SISTEMA HIDROSANITARIO DEL EDIFICIO

El sistema hidrosanitario de un edificio está formada por: • Instalación hidráulica. • Instalación sanitaria. La instalación hidráulica tiene la función de suministrar agua potable a todos los consumidores del edificio. La instalación sanitaria tiene como función principal manejar todas las descargas (afluentes) de aguas negras, aguas jabonosas, aguas grasosas y aguas grises (pluviales) del edificio.

1.1. Consumidores de agua potable y descargas de aguas negras en el edificio

Los consumidores de agua potable en el edificio son: • Lavabos. • Retrete. • Mingitorios. • La limpieza. • Cocina (en el caso de tener servicio de comedor). • Calderas. Las descargas de aguas negras (afluentes) son producidas por: • Regaderas.

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156 • Lavabos. • Retrete. • Mingitorios. • Fregaderos.

1.2. Elementos de la instalación hidráulica

Básicamente los elementos son: • Abastecimiento de agua. • Red de distribución de agua potable. • Red de aguas negras.

2. EL ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SU CONTROL

La seguridad en la alimentación de agua es muy importante y debe ser capaz de satisfacer la demanda creada por la necesidad inmediata de los diferentes servicios sin interrumpirse el suministro por grande y prolongado que éste sea. Esto implica a todos los elementos necesarios para proporcionar agua a cada uno de los consumidores del edificio. Para el control y automatización del servicio de agua se recomienda utilizar como dispositivo de control la aplicación de un controlador lógico programable (PLC). El abastecimiento de agua puede lograrse por medio de: • Pozo profundo. • Red municipal. En un edificio inteligente se pugna por tener el abastecimiento de agua a través de las dos formas, siendo la segunda la alimentación principal ordinaria; la primera sirve para una situación de emergencia.

2. 1. La red de abastecimiento para agua

La red de abastecimiento estará formada por: • Pozo profundo con bomba y/o toma de agua de la red municipal. • Cisterna de agua cruda. • Control eléctrico (gobierno) del llenado de la cisterna.

157


158

La cisterna de agua cruda debe tener capacidad para almacenar el volumen total de aguas para servicios y protección contra incendio requerido, por lo menos para un día. Además, debe contar con un sistema de control para su llenado, vaciado y mantener un nivel de agua suficiente. En el caso de abastecimiento por pozo y bomba; ésta tendrá la capacidad adecuada para el llenado de la cisterna, asimismo el control que gobierne el llenado de la cisterna de agua cruda.

2.2. Diagrama de flujo para el abastecimiento de agua potable a través de un pozo profundo

Primer caso: abastecimiento de agua por pozo y bomba.

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Fig. 3.1. Diagrama de flujo para el llenado de una cisterna que es alimentada por agua de pozo.

Donde: 1. Pozo profundo suministrado de agua. 2. Bomba de pozo profundo. 3. Manómetro.

UNIDAD III.EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA HIDROSANITARIO

159

4. Equipo de medición con by pass. 5. Interruptor de flotador. 6. Cisterna. 7. Tubería de llenado. 8. Enlace eléctrico para control. 9. Filtro. El abastecimiento de agua de pozo profundo es un caso que se puede presentar en un edificio inteligente y el control de llenado por medio de la bomba de agua es el primer circuito de control eléctrico a resolver. En el punto 2.4 se muestra una solución para este caso.

2.3. Diagrama de flujo para abastecimiento de agua potable a través de la red municipal

Segundo caso: abastecimiento de agua a través de la red de agua potable municipal 

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 #ONSUMIDOR

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#ONSUMIDOR

Fig. 3.2. Diagrama de flujo. Llenado de cisterna a través de la red municipal de agua.

Donde: 1. Red de agua potable municipal. 2. Equipo de medición con by pass.


160

3. Válvula de flotador. 4. Cisterna del edificio. Como se observa, en este caso el control eléctrico no es necesario, pues el control se efectúa mecánicamente a través de una válvula de flotador, con la cual se controla el nivel de llenado de la cisterna. A través del circuito hidráulico de llenado para la cisterna, figura 3.1, se determina el diagrama lineal de control de operación manual, como a continuación se ilustra.

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Fig. 3.3. Arranque y paro manual de bomba pozo profundo.

2.4. Control eléctrico para el abastecimiento de agua

Los circuitos de control pocas veces se diseñan como unidad completa. La experiencia nos indica que éstos se deben desarrollar por etapas sucesivas, en las que cada una provee la función de control que se desea realizar en ella, hasta tener un sistema de control completo. Considerando este procedimiento se seguirá para desarrollar los circuitos de control de cada uno de los sistemas del edificio inteligente. Una vez resuelta la lógica de los circuitos de control eléctrico, se procede a su programación en PLC para, de esta forma, lograr la automatización deseada. Es muy importante primero concebir la idea del conjunto de todas las funciones de control de tal manera que se efectúe cada función en su dependencia correcta con las otras funciones que deba realizar el circuito para comprender mejor el comportamiento del circuito requerido para este evento.


161

"OMBA

0OZO

#ISTERNA AGUA

&3NIVEL )NTERRUPTORDENIVEL SUPERIOR &3NIVEL )NTERRUPTORDENIVEL SUPERIOR

Fig. 3.4. Diagrama esquemático para el diseño del control automático del llenado de cisterna.

Operación manual

En esta solución, que no es la deseada, el circuito de control está destinado a operar manualmente el arranque y paro de la bomba por medio de los pulsadores de arranque y paro, y protecciones de sobrecarga. El operador al accionar el botón de arranque inicia el llenado de la cisterna y la bomba debe funcionar hasta que se observe llena y entonces el operador pulsará el botón de paro dando por terminado el evento (llenado de cisterna). La estación de pulsadores debe encontrarse junto a la cisterna (remota) para observar físicamente que se llene. Ahora, lo que se necesita es automatizar el circuito de control para el llenado de la cisterna y de esta forma integrarlo a la programación dentro de un PLC. Si se observa la figura 3.2, se puede establecer el diagrama esquemático que permita, en este caso, el control del llenado de agua, el cual es automático por medio de una válvula de flotador; la cual cierra al momento de que el nivel de agua ejerce presión sobre la superficie de la esfera integrante de la válvula mencionada, y cuando deja de ejercerse esta presión la válvula abre y empieza el llenado automático en la cisterna. En este segundo caso de llenado de la cisterna, el control automático se efectúa mecánicamente; pero se desea saber cuándo se llena o se está llenando. Bastará acoplar un microinterruptor con un contacto normalmente cerrado y uno normalmente abierto, la señal de éstos se lleva al PLC para su programación, y así monitorear este evento.

EL CO CONT NTRO ROLL EL ELÉC ÉCTR TRIC ICO O EN LO LOSS SI SIST STEM EMAS AS DE ED EDIF IFIC ICIO IOSS IN INTE TELI LIGE GENT NTES ES

162 Operación automática

Ahora lo que se requiere es automatizar el circuito de control para el llenado de la cisterna y de esta forma integrarlo a la programación dentro de un PLC. La figura 3.5 representa el circuito de control eléctrico para una operación automática y manual, manual, siendo ésta la solución al problema propuesto. propuesto. ,

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&3 !UTOMÉTICO -

Fig. 3.5. Cir Circuito cuito de control control eléctrico para operación operación automática automática del llenado de agua en una cisterna.

Como se observa, el circuito circuito se resuelve resuelve instalando instalando dos dispositivos dispositivos pilotos, pilot os, tipo interruptor interruptores es nivel o bien, tambié también n se puede aplicar electroniveles. electroniveles. En la figura 3.4, se observa un interruptor de nivel FS1 en la parte superior, que fija el nivel máximo de agua y tiene la función de parar automátiautomáticamente la bomba cuando cuando el agua llega a este este nivel, el arranque automático se cumple con el interruptor de flotador FS2 que se instala en el nivel inferior de agua deseada, que normalmente es determinado por el volumen de agua requerido para un conato conato de incendio. (Normalmente al atender atender el diseño de la red contra incendios se determina el volumen de agua para combatir el incendio.) Como se se observa observa en el circu circuito ito de contr control, ol, figura 3.5, el contacto contacto del interruptor de nivel FS1 se tiene que conectar en cerrado NC (normalmente (nor malmente cerrado), para que al llegar a dicho nivel de agua agua el contacto abra abra y pare la bomba. Para efectuar el arranque automático automático es necesario conectar conectar el contacto del nivel FS2 en abierto, de tal manera que al llegar el agua al nivel nivel inferiorr deseado, inferio deseado, éste cierra cierra y arranca la la bomba. bomba. Al subir subir el nivel nivel de agua, agua, se

UNIDAD III.EL CO CONTR NTROL OL ELÉ ELÉCTR CTRIC ICO O EN EL SIS SISTEM TEMA A HID HIDROS ROSANI ANITTARI ARIO O

163

ejerce una presión sobre la esfera del interruptor y éste abre el contacto; para mantener el circuito cerrado. Se proyecta proyecta un contacto auxiliar MI, normalmente abierto y conectado en paralelo con “FS2”, “FS2”, como se advierte en la figura 3.5, para que a través través de éste se se energice la bobina del arrancador y ponga en acción acción el motor de la bomba, bomba, esto sucede sucede cuando cuando se oprime el botón pulsador A. Nótese que en esta propuesta los interruptores de nivel efectúan la función de controlar un nivel de líquido almacenado almacenado en un recipiente; en este caso es una cisterna, pero puede ser un tanque tanque o cualquier otro recipiente.

La alternativa en operación manual o automática

Se obtiene intercalando un un selector de dos posiciones; manual / automático, automático, con el cual seleccionamos el tipo de sistema que deseamos operar. Esta alternativa se recomienda recomienda siempre, porque en algún momento se puede dar una falla en el circuito automático y entonces se podrá mantener el llenado de la cisterna a través del circuito en manual. El botón pulsador pulsador de paro, tipo hongo, hongo, se proyecta proyecta de contacto contacto sostenido sostenido para una operación de paro emergente que se requiera y, y, como se observa en el circuito, se intercala en serie con el punto punto común del selector y entre la bobina del arrancador con el objeto de lograr el paro emergente en cualquier condición de operación (manual o automática) del circuito.

2.5. Elaboración de los diagramas de control para programación en PLC

Para la programación de los diagramas de los circuitos de control eléctrico en PLC, elegimos un lenguaje lenguaje de contactos contactos o de escalera escalera (comentado (comentado en el capítulo II). A continuación se presentan estos diagramas (figura 3.6) en el lenguaje de contactos,, como se observarán contactos observarán en la pantalla del monitor monitor de la PC, cu cuan ando do se se han programado en el PLC. También, se puede efectuar efectuar una impresión de ellos. Primero: circ Primero: circuito uito de control control operación manual manual de arranque y paro de una bomba de agua para llenado de una cisterna.


164

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0ULSADORDEPARO 0ULSADORDEARRANQUE 3ALIDAALARRANCADORELECTR 3ALIDAALARRANCADORELECTROMAGNÏTICOPRE OMAGNÏTICOPREACCIONADORDELMO ACCIONADORDELMOTORELÏCTRICODELABO TORELÏCTRICODELABOMBA MBA #ONTACTODEENCLAVAMIENTOOSELLO

Segundo: circu Segundo: circuito ito de control control para operación automátic automáticaa del llenado de agua en la cisterna.

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0ULSADORPARO 0ULSADORARRANCAR 3ELECTORPOSICIØNMANUAL )NTERRUPTORDEFLOTADORNIVELSUPERIOR )NTERRUPTORDEFLOTADORNIVELINFERIOR 3ELECTORPOSICIØNAUTOMÉTICA )NTERRUPTORDEEMERGENCIA 3ALIDAALARRANCADORELECTROMAGNÏTICO PARAELMOTOR #ONTACTODESELLO



Fig. 3.6. Repr Representaci esentación ón de los circuitos circuitos que controlan controlan el lenguaje lenguaje de contactos para el PLC .

Obsérvese que únicamente se tienen contactos abiertos y cerrados y para la salida al preaccionador (bobina del arrancador electromagnético) se simboliza o se se representa representa con con un paréntesis paréntesis y el número número 11, por consiguiente, consiguiente, el contactoo auxiliar se identifica también contact también con el número 11. Po Porr esta razón se le conoce como lenguaje de contactos.

3. RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POT POTABLE

El sistema de distribución de agua fría comprende el equipo necesario para alimentar con gasto y presión requeridos a cada uno de los consumidores del edificio inteligente y que forman parte de la red hidráulica.

3. 1. Eleme Elementos ntos de la red de agua agua potable potable

Los elementos que integran la red de agua potable en el edificio son: • Bombas. • Red de tuberías con accesorios y válvulas. 3.2.Variables de la red de agua potable

Las variables que intervienen en la red son: • Presión (P). • Gasto (Q). La red de tuberías de agua en un edificio es inyectada con una presión (P), que pueda llevar el líquido al grifo o llave más alejada y alta del edificio con la cantidad (Gasto (Gasto Q) deseada. Esta presión y gasto en la red se puede obtener de dos maneras: • Por carga de gravedad. • Equipo de bombeo y un tanque hidroneumático.

165


166

Normalmente, en un edificio se aplica el segundo caso y se se conoce como un sistema sistema hidroneumátic hidroneumático. o. Este sistema sistema está formado por: tanqu tanquee cilíndrico de presión acoplado acoplado a un compresor compresor,, equipo de bombeo adecuado para un gasto máximo de presión presión requerida por la red de distribución de agua; y un sistema de control automático.

3.3. Diagrama de flujo típico para la red de agua

El diagrama de flujo para una red de distribución de agua más común que se aplica en un edificio inteligente, se muestra a continuación.

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2EDDECONSUMIDORES

Fig. Fi g. 3. 3.7. 7.

Donde: 1. Cisterna de agua. 2. Cabezal de bombas. 3. Jue uego go de check y válvula compuerta.

4. Bomba con motor eléctrico. 5. Válvula succión de agua. 6. Interruptor de nivel.

UNIDAD III.EL CO CONTR NTROL OL ELÉ ELÉCTR CTRIC ICO O EN EL SIS SISTEM TEMA A HID HIDROS ROSANI ANITTARI ARIO O

7. Compresor. 8. Tanque hidroneumático. 9. Interruptor de presión (presostato).

167

10. Manómetro. 11. Válvula de seguridad. 12. Interruptor de nivel.

El diagrama diagrama de flujo de de la figura 3.7, 3.7, como se se observa, es un diagrama diagrama diseñado con la instrumentación o con los dispositivos pilotos necesarios para elaborar los circuitos de control automático, automático, que permiten crear un sistema de control automático que gobierna la red de distribución de agua. Es conveniente tratar siempre de establecer un diagrama esquemático a partir del diagrama de flujo del problema y con esto facilitar la interpretación o el análisis del circuito circuito de control, control, y así proyectar proyectar el sistema de concontrol que garantice garantice el funcionamiento correcto; correcto; de la figura 3.7 se establece establece el diagrama siguiente:  3

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3UMINISTRODEAIRE

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Fig. 3.8. Diagr Diagrama ama esquemático esquemático para para el sistema de control control que gobierna el suministro de agua en la red de distribución.

Donde: 1. Cist Cisterna erna agua. 2. Bomba M1 y M2 en en operación operación normal.


168

3. Bomba M3 operación “en espera” (stand by ). 4. Interruptor de nivel inferior. 5. Tanque regulador de presión (hidroneumático). 6. Interruptores de nivel superior e inferior. 7. Interruptor de presión (presostato). 8. Válvula solenoide.

3.4. Control típico para la red de agua

Si partimos del diagrama esquemático y consideramos que dos bombas operan invariablemente para dar el gasto y la presión en la red, la tercera estará en espera o stand by , para operaciones de mantenimiento o bien para remplazo cuando una de las dos bombas falle y salga a reparación. Este problema se puede resolver de diferentes maneras, siendo una solución de éstas la que se presenta en el diagrama de la figura 3.9. ,

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Fig. 3.9.

#OMPRESORDEAIRE


169

Al proyectar el sistema de control anterior se asumen las condiciones siguientes: Núm. 1. Selección de control manual o automático (selector manual-automático). Núm. 2. Debe existir un dispositivo para “paro emergente”. Núm. 3. Las bombas deben controlarse para mantener el nivel de agua en el depósito presurizado (tanque regulador de presión) entre un nivel superior FS4 y el inferior (FS5). Núm. 4. Las bombas no deben funcionar cuando el nivel de agua, previamente establecido en la cisterna, sea igual o menor al inferior deseado(FS3). Núm. 5. La presión en el tanque presurizado debe mantenerse mediante la adición de aire siempre que sea necesario (PS1 y compresor). Núm. 6. Permisible o dispositivo piloto (interruptor tipo llave) de seguridad para operar bomba en espera (stand by) y bombas en operación manual. Núm. 7. El arranque de las bombas en operación normal, invariablemente, debe de ser diferido en 10 segundos. Análisis del diagrama de control Interruptor selector manual-automático e Interruptor paro emergente (condiciones núms. 1 y 2)

Para cumplir con la primera condición se proyecta un “interruptor selector” de operación manual y automático. Éste se conecta en serie con un interruptor para efectuar el paro de emergencia, en caso de ser necesario; condición núm. 2 requerida, tipo hongo, de contacto sostenido y su operación normalmente es en cerrado, de tal forma, si se necesita un paro emergente en el sistema de control, bastará oprimir el hongo con la palma de la mano y éste desenergizará el circuito de control parando todo el sistema. También el interruptor selector en posición manual se conecta en serie con los pulsadores parar-arrancar. Ver figura (a).


170 Operación Manual

Cuando se acciona el interruptor selector a la posición manual el sistema opera en manual y el o los circuitos de control estarán destinados a controlar las bombas para el trasiego del agua desde la cisterna hasta el tanque hidroneumático regulador de presión. Con el botón pulsador arrancar se energiza el circuito y primero arranca la bomba M1 y simultáneamente se cierra el contacto auxiliar M1 con esto se energiza el temporizador RT1 y arranca la bomba 10 segundos después al cerrar con tiempo el contacto TR1, como se observa en la figura (a). Obsérvese que el diagrama anterior incluye al selector y al interruptor de hongo. Luego las bombas funcionarán hasta que el operador observe el depósito lleno de agua (esto se logra con un nivel físico extremo al recipiente), entonces el operador acciona el pulsador de paro y las bombas dejan de funcionar. .

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!UTOMÉTICO

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24 S 3EGURIDAD 42

-

"OMBA- ENESPERA

S

Fig. (a).

La función del “premisible“, condición núm. 6

Ésta tiene como finalidad bloquear la bomba M3, que está en espera y sólo se opera con la autorización del personal indicado de mantenimiento, y esto


171

es cuando se desea hacer tareas de mantenimiento preventivo o correctivo. Se proyecta porque es una condición de seguridad solicitada (condición núm. 6); esto se logra conectando un interruptor tipo llave, de contacto sostenido, en serie con la bobina del arrancador electromagnético del motor M3 y su operación normalmente es abierto y sólo se cerrará el interruptor con esta llave cuando se requiera, y en ese momento el circuito de la bomba M3 estará listo para operar. Análogamente se instala el interruptor tipo llave pero en operación NC para cada una de las otras bombas con objeto de tener seguridad al sacarlas de operación para las tareas de mantenimiento. Operación automática

Cuando se desea la operación automática, se acciona el selector a la posición automático, para lograrlo se incluyen los interruptores de nivel, un interruptor de presión (presostato) y válvula solenoide para la inyección de aire al tanque regulador de presión, además de los dispositivos pilotos mencionados en la operación manual. Control automático de las bombas con interruptores de nivel en tanque presurizado (condición 3)

Si se atiende la condición núm. 3, se interpreta que las bombas arranquen y paren en automático, esto se logra proyectando dos interruptores de nivel uno superior y otro inferior en el tanque regulador de presión; éstos se denominan FS4 y FS5, respectivamente. De tal forma que cuando el nivel del agua ha alcanzado el deseado, el interruptor de nivel FS4, abrirá su contacto NC y paran las bombas, como la función es de paro los contactos del interruptor se conectan en operación normalmente cerrados (NC) y en serie. La función de arrancar se efectúa con el interruptor de nivel FS5, el cual se instala o se proyecta para controlar el nivel inferior del agua dentro del tanque regulador. El circuito de control debe hacer que la bomba arranque cuando el agua llega al nivel inferior predeterminado. Lo anterior implica, conectar el juego de contactos del interruptor de nivel FS5 en operación normalmente abierto (NA) en serie con el contacto FS4, normalmente cerrado (NC), así mismo con el selector en la posición automático; como se indica en el diagrama de control figura (b).


172

.

,

0ERMISIBLE

/,

/, "OMBAENESPERA

- (ONGO -ANUAL &3

&3 !UTOMÉTICO

/,

3EGURIDAD

/,

-

"OMBA-EN OPERACIØNNORMAL

24

2ELEVADORDETIEMPO

-

- 3EGURIDAD 42

/,

/,

-


S

Fig. (b)

El contacto FS5 (NA) del interruptor de nivel bajo, se cerrará cuando el agua descienda ligeramente por abajo del nivel inferior y este contacto (FS5) a su vez se conecta en paralelo con un contacto auxiliar M1, el cual actúa como sello o enclave para realizar la función del arranque de las bombas y paran cuando el agua llegue al nivel superior por medio del contacto FS4, que abre y se desenergiza el circuito, como se observa en la figura (b).

Paro automático con interruptor de nivel en la cisterna (condición núm 4)

Para cumplir con la condición núm. 4 se instala un interruptor de nivel en la cisterna, el cual se denomina FS3, con los contactos en operación NC, normalmente cerrado para controlar el nivel de agua inferior de parar; un contacto de FS3 en operación NC se debe conectar en serie con el contacto de FS4, también en operación NC como se observa en el diagrama de control figura (c). El interruptor de nivel FS3 abrirá sus contactos en operación NC cuando el nivel del agua haya descendido hasta el nivel inferior y en ese momento se


173

abrirá el circuito de control parando el sistema de bombeo al tanque regulador de presión. En esta condición el sistema permanecerá parado hasta que el nivel del agua se restablezca ligeramente por el nivel inferior predeterminado y en ese momento se cerrará el circuito de control iniciando nuevamente su operación de bombeo al tanque regulador y volverá a parar sólo cuando descienda el agua al nivel inferior controlado por el interruptor FS3. .

, 0ERMISIBLE

/,


- (ONGO -ANUAL &3

&3

/,

3EGURIDAD

&3 !UTOMÉTICO

/,

-


24


-

- 3EGURIDAD 42

/, -

/,


S

Fig. (c)

Control de la presión en el tanque hidroneumático (condición núm. 5)

Con ésta, se desea regular la presión en el tanque hidroneumático a efecto de mantener las variables presión (P) y flujo (Q) o gasto en todo el sistema hidrosanitario, para esto es necesario abastecer el tanque regulador de presión con agua y además con aire, lo cual se logra inyectando el aire con un compresor, una válvula solenoide y un interruptor de presión, con lo que se controla la presión requerida por el sistema. La función de la válvula solenoide es controlar el suministro de aire cuando se requiere, de tal forma que permita el paso de aire sólo cuando se excite o energice la bobina de ésta. Como se trata de llenar con aire el espacio que queda entre el nivel superior de agua y la tapa del tanque con una presión pre-


174

determinada, por lo tanto, será necesario controlar el nivel de presión y esto se logra instalando un interruptor de presión (presostato) en la parte superior del tanque el cual se denomina PS1, ver figura (d). .

, 0ERMISIBLE

/,


- (ONGO -ANUAL &3

&3

&3 !UTOMÉTICO

3EGURIDAD 42

03

/,

-


24


-

-

&3

/,

3EGURIDAD

/,

/,

-


3


S

/, -

/, #OMPRESORDEAIRE

Fig. (d)

Cuando la presión sea inferior a la calibrada en el interruptor de presión, su contacto debe cerrar porque operan normalmente abiertos NA pues ésta es una función arrancar, de tal forma que cierra el circuito de la válvula solenoide y permite el paso de aire al tanque regulador y si se tiene conectado el compresor directamente al tanque a través de una tubería, entonces éste debe arrancar para el suministro de aire, luego el interruptor de aire (presostato) gobernará el cierre y apertura de la válvula solenoide y del arrancador, tal como se muestra en la figura (d). En el momento que se tiene la presión predeterminada el contacto NA de interruptor de aire abrirá el circuito de la válvula cerrándola e interrumpiendo el suministro de aire y también efectúa el paro del compresor. Sin embargo, si el nivel de agua es menor al nivel superior, la presión descenderá, pero no debe abrirse la válvula solenoide y tampoco arrancar el compresor para que se permita hacer la reposición de agua y


175

tener otra vez el nivel superior de agua predeterminado. Por lo que se requiere la función parar en los circuitos de válvula solenoide y compresor a fin de evitar que entre aire en el depósito bajo esta condición. Lo anterior se puede lograr interconectando en serie un contacto de FS4, en operación normalmente abierto NA con el interruptor de presión y se debe conectar en serie porque es una función arrancar como se muestra en el figura (d). En el circuito de la válvula solenoide se requiere que cierren los contactos de FS4 (contacto NA) y el contacto del interruptor PS1 (contacto NA) para que el circuito se cierre y entre aire al recipiente por el accionamiento de la válvula. Eso sucederá cuando el nivel de agua llegue al nivel superior abriendo el contacto NC del interruptor FS4 y en ese momento cerrará su contacto NA (para esto, en el interruptor FS4 se instalan los dos juegos de contactos, uno en operación NC y el otro en operación NA ) y si la presión del aire es menor a la calibrada el contacto del interruptor PS1, también cerrará y el circuito se activará accionando la válvula solenoide arrancando el compresor y el aire entrará al depósito (tanque regulador de presión). Este circuito se desenergizará cuando se tenga presión calibrada en el interruptor PS1 y en ese momento se abre la válvula solenoide y el compresor “para” también.

Arranque diferido de la bomba M2 (condición núm. 7)

La condición 7, arranque diferido de la segunda bomba en operación normal (M2), se logra proyectando un relevador de tiempo (temporizador), el cual se energiza a través de un contacto auxiliar M1 del arrancador de la bomba M1. Con el temporizador se programa un contacto con cierre diferido (10 segundos) y se conecta en serie con la bobina del arrancador M2. Este contacto temporizado al cumplirse el tiempo de 10 segundos, después que es excitado el relevador de tiempo, cierra el circuito en forma automática y energiza la bobina (M2) del arrancador de la bomba M2 (operación normal) y ésta arranca, ver figura (d). Cuando se requiere la operación de la bomba en espera (M3), se debe instalar un contacto auxiliar (M1) del arrancador de la bomba en espera (M3) en paralelo con el contacto M1 del circuito del relevador de tiempo para tener el arranque diferido de la bomba M, análogamente a la operación con la bomba M1, véase figura (d).


176

Si se integran los circuitos de control correspondientes al abastecimiento de agua (bomba pozo profundo) y red de distribución se tiene el sistema de control para este servicio, como se muestra en el diagrama siguiente:

,

.

0

!

(ONGO -

-ANUAL

/,

/,

-

"OMBA- POZOPROFUNDO

!UTOMÉTICO &3

&3

#ONTROLNIVELDE AGUAENCISTERNA

-

0ERMISIBLE

/,

/, "OMBA- ENESPERA

- (ONGO -ANUAL

-

&3

- 03 &3

3EGURIDAD

/,

/,

-

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

24


!UTOMÉTICO

-

-

- 3EGURIDAD 42

-

/,

/,

-

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

3

6ÉLVULASOLENOIDE SUMINISTROAIRE

SEG &3

03

0RESOSTATO

/, -

/, #OMPRESORDEAIRE

Fig. 3.10. Diagrama de control lineal para el suministro de agua en la red de distribución con bomba de pozo profundo.


177

Nótese al integrar el diagrama lineal de control de la bomba de pozo profundo, se hace un recorrido en la numeración de los motores eléctricos, de tal forma que ahora el núm. 1 lo toma el motor de la bomba de pozo profundo, los núms. 2, 3, y 4 serán los motores de las bombas para el suministro de agua a la red y el núm. 5 será el motor de compresor; de esta manera se tiene el sistema de control automático para el abastecimiento del agua en el edificio. También obsérvese cómo el diagrama de control se vuelve más complejo.

Página 178 Blanca

4. CONTROL DEL USO DE AGUA EN MUEBLES SANITARIOS

Todas las descargas de agua en el edificio son consideradas como parte de la instalación sanitaria, actualmente en los edificios inteligentes existe la inquietud de ahorrar la mayor cantidad de agua posible y, especialmente se ha puesto énfasis en el uso del agua durante la operación cotidiana de limpieza o higiene en los: • Retretes. • Mingitorios. • Lavabos. • Regaderas. Esto se ha logrado introduciendo nuevas tecnologías del área de electrónica, como son los sensores optoelectrónicos con los cuales realmente se cumple este cometido.

4.1. Control automático del uso de agua en retretes, mingitorios, lavabos y regaderas

Actualmente para el control y uso de agua en forma racionalizada en edificios inteligentes y en otros inmuebles, se aplican válvulas solenoides dirigidas por un control electrónico, estos dispositivos combinados se representan en la figura 3.11.

179


180 Donde:

1. Válvula solenoide (electroválvula). 2. Control electrónico con detector fotoeléctrico. 3. Lavabo.

2EDDE AGUA

3



#

2AYOS INFRARROJOS

 

!GUA Fig. 3.11.

Este sistema automático, para operar la llave de agua en la higiene o limpieza, tiene tres ventajas: • Ahorro de agua. • Evitar la contaminación de bacterias por contacto físico con mani jas o maneral de la llave. • Libre de mantenimiento (control de estado sólido electrónico).

Principio de funcionamiento

Este control electrónico equipado con un detector fotoeléctrico (rayo infrarrojo, el más común en el mercado) detecta la presencia de las manos dentro del lavado y de inmediato actúa sobre el solenoide permitiendo la apertura de la válvula, con lo que se inicia instantáneamente el suministro de agua para lavarse a manos libres, cuando éstas se retiran, el rayo corta inmediatamente el agua porque manda cerrar la válvula solenoide permitiendo significativo ahorro de agua con la más absoluta higiene. Elementos que forman el sistema:


181

• Alimentación eléctrica 120 V o batería. • Control electrónico equipado con detector fotoeléctrico. • Válvula solenoide.

3ENSOR



vMM ,UZINDICADORA #ABLEFLEXIBLE

#AJADEACEROINOXIDABLE 6ÉLVULASOLENOIDE &ILTROENLÓNEA

#UBIERTA

!JUSTADORDETEMPERATURA CONVÉLVULA CHECK

)NSTALACIØNOPCIONAL

Fig. 3.12. Sistema de control electrónico para operar en forma automática el uso del agua en un mueble sanitario.

Corolario:

La aplicación de esta tecnología actualmente se ha extendido más allá del edificio inteligente y actualmente se encuentra en los servicios de baños de restaurantes, baños generales de hoteles, etcétera. En el mercado se ofrecen en muy diferentes presentaciones, pero todos operan bajo el mismo principio.


182

A continuación se presenta su aplicación típica en cada uno de los muebles sanitarios (consumidores) de la instalación sanitaria. 4.2. Aplicaciones del control automático en muebles sanitarios

S O P A E D V E , L A

C M   A G U A D E I D A 3 A L

A G U E A D D A T R A % N

CM

Fig. 3.13. Instalación del control electrónico en un lavabo. CM

S O R S E N A D T R A % N MM

A T IR C L Ï C E Ø N A C I L A T ) N S

#AJADECONTROL CONTENIENDOELSENSOR

/JODEL SENSOR

3UMINISTRO DEENERGÓA ELÏCTRICA VCA (Z 6ÉLVULASOLENOIDE REGULADORA ELECTROVÉLVULA

Fig. 3.14. Aplicación típica en retrete.

MM

#ODOSYTUBOS DECOBREMM h


183

Fig. 3.15. Aplicación típica en regadera.

#AJAELÏCTRICA PARAALOJAR LAFUENTE

&UENTE DE6#$

6ÉLVULA SOLENOIDE ELECTROVÉLVULA

3ENSOR

#AJAELÏCTRICAPARAALOJAR ELCONTROLELECTRØNICO

6ENTANADELSENSOR

0LACACUBIERTADEL CONTROLELECTRØNICO SENSOR M

.04

Ø N A C I E N T E  v  M I ! L B O D  T U   C M  

A V U L D E 6 É L L E N O I S O N C I Ø T E N U J O  E R E D E F L D A A V U L O R 6 É L G U L A D  R E

S O R 3 E N

L T R O C O N D E N I C O A J # A C T R Ø E L E

Ø N A C I E N T A ! L I M C T IR C E L Ï

% N D E T R A D A A G U A

D E V E O , L A R V I I C S E

Fig. 3.16. Aplicación típica en mingitorios. !PLICACIØNTÓPICAENMINGITORIO


184

O A G U A R T E N E E C I Ø N D D E A A C , Ó N M E N T A L I C M

%SPACIOPARA LLAVEDEPASO

  C M  

CM

CM CM

CM

O C T R I C A R T E N L Ï E C I Ø N E D E A A C , Ó N M E N T A L I

CM

Fig. 3.16. Bis.

5. RECICLADO DE AGUAS RESIDUALES

En el concepto de edificio inteligente se considera el aspecto ecológico al tener presente el impacto ambiental. Por esta razón al diseñarse o proyectarse un inmueble con este concepto no se puede soslayar el tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales se forman por los siguientes afluentes: Aguas negras: formadas por las descargas de agua de los inodoros o WC y

mingitorios. Aguas jabonosas: formadas por las descargas de agua en las regaderas y la-

vabos. Aguas grises: son las aguas captadas por las descargas pluviales provocadas

por las precipitaciones pluviales captadas en azoteas del edificio. Normalmente estas descargas son unidas a través de una red denominada de drenajes y son conectadas a la red municipal de drenajes. En general el objetivo del tratamiento de aguas residuales en el edificio inteligente es evitar las descargas de agua contaminadas a la red de drenaje municipal, por esto surge la necesidad de aplicarles un tipo de tratamiento, el cual puede ser aeróbico o anaeróbico.

5.1. Reciclado de aguas jabonosas y grises

El tratamiento de las aguas residuales además, de cumplir con aspectos ecológicos, también tiene la finalidad de aprovecharlas para ahorrar agua, lo cual es po-

185


186

sible reciclando una parte de las afluentes como son las aguas jabonosas y grises, para luego utilizarlas en la alimentación de algunos de los consumidores de agua. La finalidad principal de tener en el edificio el reciclado de las aguas jabonosas y grises es para recuperar un volumen de aguas a través de un tratamiento adecuado que permita alimentar la red de inodoros y mingitorios. Esto se logra discriminando las afluentes de descarga por medio de redes de drenaje independiente, de modo que en una red se manejen las descargas de aguas jabonosas y grises y en otra red la descarga de aguas negras. Lo anterior implica desarrollar, durante el proyecto de edificio inteligente, el diseño de estas redes que permitan manejar las aguas residuales. Este concepto para el ahorro y tratamiento de aguas residuales se ilustra a continuación con el siguiente diagrama de flujo: En la alternativa anterior (diagrama de flujo) se separan a través de una red independiente de drenajes, las aguas captadas de regaderas, lavabos y descargas $ESCARGAS PLUVIALES

2EDDE AGUAPOTABLE !GUAS GRISES

*;2)55

,AVABOS

#RIBAFILTRO MEDIDOR .! 4RATAMIENTO DEAGUAS JABONOSASGRISES )

!REDDEDRENAJE MUNICIPAL

4RATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES))

2EGADERAS

!GUAPOTABLE DEREPOSICIØN *;2)55

#ISTERNADE DESINFECCIØN

.#

)NODOROS 7#

-INGITORIOS

Fig. 3.17. Diagrama de flujo para el reciclado de aguas jabonosas-grises y tratamiento de aguas negras.


187

pluviales, estas últimas son captadas en las azoteas del edificio y con bajadas propias, denominadas bajadas de aguas pluviales (BAP), se conectan a dicha red. Teniendo esta red las aguas son pasadas por un dispositivo criba-filtro y, si se considera conveniente, se instala un medidor de agua y después son llevadas a una planta de tratamiento de aguas I, posteriormente se desinfecta por medio de una cisterna donde se aplica un tratamiento de desinfección con un elemento químico como es el cloro u otro. En esta cisterna es conveniente instalar un by pass (ver figura 3.17) entre la línea de reposición y la red de alimentación a los inodoros y mingitorios con el objeto de operarlo cuando esté fuera la planta de tratamiento de agua I por cualquier razón. La alimentación con agua reciclada a los inodoros y mingitorios se efectúa desde la cisterna de desinfección a través de una red de alimentación independiente de la red de agua potable. En esta cisterna es conveniente instalar una línea de agua potable para reposición o complemento del volumen requerido. Las descargas de aguas negras producidas por los inodoros y mingitorios son llevadas a través de una red de aguas negras hasta la planta de tratamiento de aguas residuales II y la descarga de aguas de ésta se conecta al drenaje municipal, para con esto cumplir con el ciclo de tratamiento de aguas residuales. Este concepto se ilustra con el diagrama esquemático siguiente: 2EDDE AGUAPOTABLE

 

 ,AVABOS

2EPOSICIØNDEAGUA POTABLEDERED 

2EGADERAS .# !GUAS GRISES

$ESCARGAS PLUVIALES



 .#





I`WHZZ

 

 !REDDEDRENAJE MUNICIPAL )NODOROS 7#



-INGITORIOS



Fig. 3.18. Reciclado de aguas jabonosas-grises y tratamiento de aguas negras.

188


Donde: 1. Afluentes. 2. Criba-Filtro. 3. Válvula compuerta normalmente abierta (NA). 4. Tanque tratamiento de agua. 5. Aereador. 6. Cisterna de desinfección. 7. Bombas para red de agua reciclada. 8. Válvula de compuerta normalmente cerrada (NC). 9. Válvula de flotador. Las plantas de tratamiento utilizadas en el esquema anterior son del tipo aeróbico; esto significa que el proceso de tratamiento de aguas se efectúa con microorganismos ante la presencia de oxígeno, pero en el mercado nacional también se cuenta con plantas tipo paquete para tratamiento de aguas con proceso anaeróbico que significa utilizar microorganismos ante la ausencia de oxígeno. La solución del control eléctrico para el bombeo de agua reciclada a los inodoros y mingitorios a través de la red independiente, es análoga a la del punto 3.4 (control típico para la red de agua potable) de esta unidad, con la única diferencia que son dos bombas, una en operación normal y la otra en operación espera. El control para la reposición de agua en la cisterna de desinfección se efectúa mecánicamente (ver punto 2.3 de esta unidad) con una válvula de flotador, la cual controla el nivel de reposición del agua.

5.2. Control para la red de agua reciclada

En el esquema de la figura 3.18, se establece el diagrama esquemático con la instrumentación adecuada para facilitar el análisis de los circuitos de control, que se desea proyectar para este sistema. A continuación se presenta (ver figura 3.19) en todos los elementos que se requieran controlar (bombas), así como los eventos que se deben controlar como son: llenado y presión en tanque hidroneumático así como el control por nivel mínimo en la cisterna de agua reciclada.


!GUA RECICLADA

189

2EPOSICIØN AGUAPOTABLE 



 

03 



- 





!IREDE COMPRESOR-

&3

 

-

&3

&3 

)NODOROS 7# -INGITORIOS

Fig. 3.19. Diagrama esquemático para la elaboración del diagrama de control.

Donde: 1. Cisterna de agua reciclada desinfectada. 2. Bomba M1 en operación normal. 3. Bomba M2 en espera. 4. Interruptor de nivel inferior (mínimo) en cisterna. 5. Tanque regulador de presión (hidroneumático). 6. Interruptor de nivel superior e inferior en tanque. 7. Interruptor de presión (presostato). 8. Válvula solenoide. 9. Válvula de flotador. La numeración aplicada para identificar los interruptores de nivel, presostatos y motores es consecutiva en función de la utilizada en la figura 3.10; porque este sistema es adicional al del suministro de agua bomba pozo profundo y red de distribución de agua potable en el edificio. Al diseñar el sistema de control parar la red de reciclado de aguas jabonosas y grises, se consideran dos bombas: una para operar normalmente con la cual se da el gasto y la presión en la red; la otra estará en espera para remplazar a la bomba que opera normalmente cuando ésta falle por cual-

190


quier razón. También se incluye un tanque hidroneumático, acoplado a un compresor a efecto de mantener las variables presión (P) y flujo (Q) en toda la red de alimentación a los inodoros y mingitorios. Se debe tener en cuenta que un edificio de estas características, normalmente tiene n pisos y los consumidores se pueden encontrar hasta el último nivel, y es menester garantizar gasto y presión adecuados y ahorro de agua y justificar la inversión de este tipo de equipo en la red de agua reciclada. En el diseño de los circuitos de control para este caso, se asumen las siguientes condiciones: Núm. 1. Elección de control manual o automático o bien ambas (selector manual-automático). Núm. 2. Debe proyectarse un dispositivo para “paro emergente” (interruptor de hongo). Núm. 3. La bomba M5 debe controlarse para mantener el nivel de agua superior (FS7) y en el inferior (FS8) en el tanque regulador de presión. Núm 4. La bomba no debe operar cuando el nivel de agua sea mínimo (FS6) en la cisterna de agua reciclada. Núm. 5. La presión en el tanque regulador debe mantenerse mediante la adición de aire, siempre que sea necesario (PS2 y compresor). Núm. 6. Debe proyectarse un dispositivo (interruptor de llave) de seguridad en la bomba operación manual y en la bomba de espera, pero en esta última debe cumplirse con la función de “permitir” su operación por parte del personal indicado. De acuerdo con las condiciones anteriores se diseña el sistema de control eléctrico, el cual se presenta en la figura 3.20. Como se puede observar este sistema de control es muy similar al sistema de la figura 3.10 en la parte del suministro de agua de la red de distribución, pero en el sistema de control para la red de agua reciclada sólo se utili-


191

zan dos bombas en lugar de tres que tiene el otro sistema y, en consecuencia, no se requiere del temporizador. En cambio, si se cuenta con un compresor de aire con su respectivo tanque regulador de presión y existe su control para la variable presión (presostato), esto para adicionar aire cuando sea requerido.

,

. 0

!

3EGURIDAD

%4

%4

%4

%4

-

-

&3

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- &3

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

(ONGO -ANUAL

!UTOMÉTICO

0ERMISIBLE

-


-

&3

03

- 6ÉLVULASOLENOIDE DESUMINISTRODEAIRE

3 0RESOSTATO

%4 -

%4 #OMPRESOR- AIRE

Fig. 3.20. Diagrama de control para la red de agua reciclada, suministro a inodoros y mingitorios

El funcionamiento del sistema de control para la red de agua reciclada es análogo al sistema para suministro de agua potable en la red de distribución (ver explicación en pp. 121 a 128). Al integrar los sistemas de control para abastecimiento de agua, red de distribución de agua potable y reciclado de aguas, se tiene el sistema de control eléctrico para el sistema hidrosanitario, éste se muestra en la figura 3.21. El dimensionamiento de los equipos del sistema hidrosanitario, como bombas, tanque regulador de presión y compresor de aire son responsabilidad del especialista mecánico pero se debe coordinar con el de instrumentación y potencia de los motores eléctricos para prever su inclusión en un diseño integral.


192

3ISTEMADECONTROLALIMENTACIØNAGUABOMBAPOZOPROFUNDO .

,

0

!

(ONGO -ANUAL

-

/, /, -

"OMBA-POZO PROFUNDO

!UTOMÉTICO &3

&3

#ONTROLNIVELDE AGUAENCISTERNA -

0

3ISTEMADECONTROLSUMINISTRODEAGUAPOTABLE

!

/, /,

0ERMISIBLE -

-

&3

&3

- &3

(ONGO -ANUAL

3EGURIDAD

/, /,


-

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

24


!UTOMÉTICO

- -

-

3EGURIDAD 42

-

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

3


SEG

03

03

/, /, -

0RESOSTATO

/, /, -

#OMPRESOR- AIRE

3ISTEMADECONTROLREDAGUARECICLADA 0

!

3EGURIDAD

/, /, -

- - &3 

&3

"OMBA- OPERACIØNNORMAL

(ONGO -ANUAL

!UTOMÉTICO

/, /,

&3 - 0ERMISIBLE

"OMBA- ENESPERA

- - &3

03


3 0RESOSTATO

/, /, -

#OMPRESOR-

Fig. 3.21. Sistema de control eléctrico del sistema hidrosanitario.


Corolario:

El exceso de población, la concentración de gente en las ciudades, aunada a la complejidad creciente de los procesos agrícolas y de manufactura,sobrecarga los ríos, lagos y mares rebasando su capacidad de autolimpieza; produce un incremento en su contaminación ya que el hombre ha venido usándolos en forma irracional como basureros y desagües desde épocas pasadas, y como el agua acepta casi cualquier sustancia que entre en contacto con ella, se generan impurezas de toda especie, y los efectos de esta contaminación no se advierten de inmediato. Por esta razón el tratamiento de las aguas residuales y en particular el de las aguas negras se debe considerar como un triunfo sobre la contaminación, producto de la conciencia adquirida por el hombre en el sentido de cuidar el agua. Toda inversión económica relacionada con el tratamiento de aguas residuales en el edificio inteligente, siempre será justificada independientemente de su amortización a largo plazo por el ahorro de agua producto del reciclado de aguas jabonosas y grises; porque se debe tener presente el impacto ecológico positivo que se logra con este proceso, pues el agua, como todos sabemos, es fuente de vida en nuestro planeta.

193

BLANCA PÁG. 194

6. EJERCICIO

Del sistema de control eléctrico para el suministro y distribución de agua en el edificio inteligente presentado en la figura 4.9 , efectuar la maniobra de parar una de las bombas operación normal (M3 y M4) y operar la bomba en espera para remplazar cualquiera de éstas y teniendo en cuenta las condiciones que a continuación se indican, desarrollar los diagramas de control: Primero: una de las bombas en operación normal sale de servicio para

mantenimiento; para esto será necesario utilizar el botón pulsador “paro emergente”. Segundo: la bomba en espera M3, entra en operación para sustituir la bomba que sale de operación (bomba M2 fuera de operación). Tercero: la operación será en automático. Maniobra con interruptor de seguridad

Primero, se solicita a la persona de mantenimiento indicada la llave del interruptor de seguridad de la bomba en espera y de la bomba que requiere mantenimiento (para este ejemplo se elige la bomba M3 en operación normal). Con las llaves en mano, se opera el paro emergente (botón hongo) recordando que éste es un pulsador de contacto sostenido NC (normalmente cerrado) y con esta acción se interrumpe el sistema y se desenergizan y paran todas las bombas. Inmediatamente, con la llave, se actúa el interruptor de seguridad a la posición fuera de la bomba M3 y se desconecta del sistema, también recuerde que este interruptor de seguridad es de contacto sostenido por lo que únicamente opera manualmente.

195


196

Después se opera el interruptor permisible con la clave correspondiente de la bomba en espera M2 a la posición dentro y con esto se cierra el circuito, el cual se pone en la condición de listo para energizarse como se muestra en la figura (a); recuerde que el sistema se encuentra desenergizado porque el pulsador de paro emergente está fuera.

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0ERMISIBLE ACTUADO

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"OMBA- ENESPERA DENTRO

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3EGURIDAD 42

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"OMBA- OPERACIØNNORMAL DENTRO

S

Fig. (a).

Restablecimiento del sistema

Con las condiciones anteriores figura (a) se opera el pulsador de paro emergente a la posición dentro y el sistema se energiza iniciando nuevamente su operación en automático, con la diferencia que ahora la bomba M2 (en espera) opera normalmente y la bomba M3 está fuera para practicarle el mantenimiento requerido. La figura (b) nos muestra el sistema restablecido. La parte del hidroneumático no afecta y mantiene las condiciones iniciales del sistema del control, por esta razón no aparece en este diagrama, figura (b).


197

Al estar actuando el botón tipo hongo del paro emergente a su posición normal (normalmente cerrado), se energizan los circuitos de control arrancando las bombas M2 y M4. Cuando se energiza o activa la bobina del arrancador electromagnético de la bomba M2 (normalmente en espera), también cierra el contacto auxiliar denominado M2, normalmente abierto (NA) y a través de éste se excita el relevador de tiempo o temporizador y diez segundos después actúa el contacto temporizado TR1, cerrando el circuito de la bomba M4 y, en consecuencia, energizándose la bobina M4 del arrancador electromagnético y con esto arranca dicha bomba. También en el circuito de arrancar las bombas en automático por nivel bajo en el tanque hidroneumático a través del interruptor de nivel denominado FS5, el sello eléctrico ahora se efectúa por medio del contacto M2, normalmente cerrado del arrancador electromagnético de la bomba M2 (en espera), pues cuando se excita la bobina de éste inmediatamente cierra dicho contacto (M2) auxiliar y sella el circuito, manteniéndose energizado todo el sistema.

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3

6ÉLVULASOLENOIDE SUMINISTROAIRE

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Fig. (b)

#OMPRESORDEAIRE

BLANCA PÁG. 198

UNIDAD IV

PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO


En esta unidad se tiene como finalidad entender qué es el acondicionamiento de aire, comprender los tipos de acondicionamiento para producir el confort deseado en cada uno de los locales o áreas de un “edificio inteligente”. Conocer en forma general los equipos utilizados y los tipos de sistemas de aire acondicionado utilizados para adecuar los diferentes locales. También conocer los dispositivos y aparatos utilizados en control de aire acondicionado, así como la aplicación deseada. Además, con la comprensión de los conocimientos anteriores y de control eléctrico, aplicarlos para un proyecto de control que opere en forma automática un sistema de aire acondicionado, procediendo en forma análoga como se indica en el capítulo III en el diseño de los circuitos de control eléctrico, incluyendo los elementos de control necesarios para cumplir con los criterios de seguridad contra siniestros, como sismos y conatos de incendio, los cuales forman parte del concepto de “edificio inteligente”.

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1. ¿QUÉ ES EL AIRE ACONDICIONADO?

Se entiende por acondicionamiento a la técnica empleada para mantener en el interior de un local un estado del aire que proporciona confort a los ocupantes o bien, en el caso industrial, mantener condiciones necesarias para los diferentes procesos de manufactura. Un sistema de acondicionamiento de aire para lograr su objetivo, debe operar en forma constante y simultánea con las cuatro características siguientes: • Temperatura de aire. • Humedad del aire. • Velocidad del aire. • Pureza del aire.

1.1.Tipos de acondicionamiento

Existen dos tipos de acondicionamiento en función de las estaciones del año. Acondicionamiento total. se denomina acondicionamiento total o de todo el año aquel que mantiene el interior en estado de confort durante las cuatro estaciones del año. Acondicionamiento de verano-invierno. es aquel que actúa, manteniendo las condiciones de confort durante alguna de las temporadas de verano o invierno.

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2. LOCALES QUE REQUIEREN ACONDICIONAMIENTO

Los inmuebles que se diseñan u operan bajo el concepto de edificio inteligente no pueden prescindir del acondicionamiento en sus diferentes áreas o locales, para producir el confort necesario que contribuya al incremento de la productividad y creatividad de los empleados o usuarios del edificio. Los locales o áreas que se recomienda acondicionar en un edificio inteligente de oficinas, son las siguientes: • Privados. • Áreas de oficinas generales. • Salas de junta. • Auditorios. • Aulas de capacitación. • Salas de recepción. • Comedores. • Salas de cómputo. • Locales que albergan equipos de comunicaciones. En general, los locales mencionados son los principales que requieren de un acondicionamiento, pero se recomienda, en conjunto y en forma coordinada con los técnicos en aire acondicionado y control, se defina y precise con los arquitectos, administradores o usuarios del edificio todos los locales que necesiten del acondicionamiento. Es importante recordar que el concepto de edificio inteligente puede aplicarse a otro tipo de inmuebles, como bancos, hospitales, aeropuertos; por lo tanto, la coordinación de los diferentes especialistas, para determinar condiciones, sobre todo el acondicionamiento de los locales, es muy importante, porque la respuesta más inmediata del usuario es con el servicio de aire acondicionado.

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3. ¿QUÉ ES UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO?

Un sistema de aire acondicionado es un conjunto de equipos y elementos que tienen como objeto suministrar condiciones de confort en un determinado lugar a las personas que lo habitan en función del comportamiento fisiológico del cuerpo humano (control interno de la temperatura del cuerpo humano y calor interno producido por el cuerpo humano).

,OCALACONDICIONADO !GUAHELADA



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 2ETORNO

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Fig. 4.1. Esquema típico de un sistema de aire acondicionado.

Donde: 1. Equipo enfriador de agua o condensadora. 2. Filtros.

205

206


3. Máquina acondicionadora de aire. 4. Ducto de inyección de aire al local. 5. Ducto de retorno de aire acondicionado. 6. Control de humedad. 7. Control de temperatura. 8. Compuerta modulante. 9. Serpentín para agua helada. La figura anterior representa un sistema de aire acondicionado elemental el cual está formado por un equipo enfriador de agua, equipo de bombeo, máquina acondicionadora de aire elemental, que a su vez está formada por un ventilador y un serpentín por el cual circula el elemento que proporciona el acondicionamiento (por ejemplo: agua helada o agua caliente); según sea el caso de acondicionamiento.

4. EQUIPOS UTILIZADOS EN AIRE ACONDICIONADO

Los equipos más comúnmente utilizados en México para las diferentes instalaciones de acondicionamiento de aire son: • Unidad tipo ventana. • Unidad tipo paquete. • Unidad dividida. • Enfriadores de agua. 4.1. Unidad tipo ventana

Es una unidad paquete, autocontenida y su capacidad varía de 2 000 hasta 9 000 kcal/hora. Está compuesta de un compresor hermético para refrigerante, un condensador enfriado por aire, tubo capilar, serpentín evaporativo y descarga por medio de rejilla tetradireccional. Su aplicación se limita al acondicionamiento de un local como privado; también tiene una gran aplicación en residencias o casas habitación. 4.2. Unidad tipo paquete

Igual que la anterior, es una unidad autocontenida, su capacidad varía de 6 000 hasta 60 000 kcal/hora. Está formada por uno o dos compresores semiherméticos para refrigerante, condensador enfriado por aire, filtro deshidratador, indicador de líquido y humedad, válvula de expansión, ventilador axial para el condensador, ventilador centrífugo para el aire de inyección y controles integrados para operación automática.

207


208 4.3. Unidad dividida

Se le denomina así porque está compuesta de dos secciones: • Unidad condensadora. • Unidad evaporadora. La unidad condensadora está formada por compresor, condensador (enfriador de aire o agua), controles: interruptor de alta y baja presión, interruptor de presión de aceite, manómetros y arrancadores. La unidad evaporadora, mejor conocida como manejadora de aire está formada por válvulas de expansión, serpentín evaporador, sección de ventilador y sección de filtros. Se fabrican de dos tipos: • Unidad manejadora unizona. • Unidad manejadora multizona. La unidad manejadora unizona. Se aplica para acondicionar una sola zona, con una sola condición de temperatura y humedad. La unidad manejadora multizona puede acondicionar diferentes o varias zonas con diferentes temperaturas y/o humedades simultáneamente.

4.4. Enfriadores de agua

Éstos se fabrican en tres tipos: • Reciprocante o tornillo. • Centrífuga. • Absorción. Éstos tienen la función de proveer el elemento para complementar el equipo que suministra el aire de acondicionamiento.

UNIDAD IV.EL CONTROL ELÉCTRICO EN EL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO

209

Enfriador de agua reciprocante o tornillo Recibe este nombre por el tipo de compresor de refrigeración que utiliza y es una unidad compuesta por un compresor refrigerante que puede ser reciprocante o de tornillo, condensador enfriador por aire o agua, accesorios de control y válvula; este tipo de enfriador es normalmente de cascos y tubos, su capacidad va desde 15 000 hasta 150 000 kcal/hora. Unidad enfriadora centrifuga Todos los componentes son iguales al anterior, excepto el compresor para refrigeración, el cual es del tipo centrífugo y las capacidades comerciales para este tipo de enfriador son de 30 000 hasta 1 500 000 kcal/hora. En algunas ocasiones se fabrican de capacidades muy superiores a las comerciales. Unidad de absorción Esta unidad es totalmente diferente a las anteriores, el principio de funcionamiento es básicamente químico, se utiliza como refrigerante el agua y el bromuro de litio como absorbente; estos dos elementos se evaporan al vacío y se utiliza como fuente de energía vapor de baja presión. Las unidades de absorción se construyen en capacidades de 30 000 hasta 150 000 kcal/hora.

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5. LOS TIPOS DE SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

Existen dos tipos de sistemas para acondicionar y su aplicación es de acuerdo con los locales que se desean acondicionar y estos son: • De cuarto o sistema unitario de zona. • Sistema central de agua refrigerada o agua helada. La aplicación del sistema unitario de zona o de cuarto se clasifica por la capacidad del sistema en toneladas de refrigeración. Cuartos de 1/3 a 2 TN refrigeración: • Casas habitación. • Restaurantes pequeños. • Estudio de radio y TV.

• Peluquerías. • Bares.

Sistema unitario de zona 2 TN refrigeración: • Residencias. • Tiendas comerciales. • Restaurantes.

• Casas de campo. • Velatorios.

TN - Toneladas de refrigeración: Sistema central de agua refrigerada o helada con aire para acondicionamiento: • Edificios de oficinas. • Bancos. • Edificios inteligentes. • Hoteles. • Hospitales. • Escuelas. • Aeropuertos. • Laboratorios. • Supermercados. • Museos. • Centrales telefónicas.

211


212

5.1. Sistema central de agua refrigerada o helada

La capacidad de este sistema es superior y es variable al tipo anterior; esto puede aplicarse por unizonas, multizonas o bien combinando ambos métodos. Este sistema consiste en generar agua helada a 7 °C por medio de un enfriador y hacerla circular a través de la red con una bomba para agua, formando un circuito cerrado al cual se conectan las manejadoras que suministran aire por medio de ductos en los locales que requieren aire acondicionado. El sistema descrito anteriormente tiene una gran aplicación en los edificios inteligentes; a continuación se representa un sistema elemental de este tipo.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Enfriador de agua. Bomba de circulación de agua. Ventilador de la unidad manejadora. Serpentín de agua helada. Filtros. Ductos. Compuerta modulante.

Fig. 4.2. Esquema típico de un sistema central de agua helada para un acondicionamiento de verano.


213

Las unidades manejadoras, las cuales pueden ser unizonas, para acondicionar una zona o multizona, para una o más zonas, está formada por un ventilador, el cual suministra aire y al pasar por el serpentín de agua helada, éste se enfría a la temperatura deseada para que proporcione un confort en el cuarto. La temperatura de confort se controla por medio de termostatos, válvulas motorizadas y compuertas modulantes. Elementos que forman el sistema central de agua refrigerada: • Unidades manejadoras de aire. • Sistema de ductos; inyección y retorno de aire. • Difusores para la inyección del aire. • Rejillas para el retorno del aire. • Enfriadores de agua. • Agente refrigerante. • Tuberías para la red de agua helada. • Bombas de agua para la circulación. • Controles.

5.2. El sistema central de calefacción con agua caliente

Este sistema se aplica para la temporada de invierno; su funcionamiento y componentes es similar al sistema central de agua refrigerada, únicamente que se debe considerar como el sistema inverso u opuesto al primero porque para acondicionar en invierno es necesario agregar calor a los locales. Esto significa que el sistema requiere de agua caliente en lugar de agua helada. A continuación se representa el sistema para acondicionar en temporada de invierno. Donde: 1. Generador de agua caliente. 2. Bomba para agua caliente. 3. Ventilador de la unidad manejadora. 4. Serpentín de agua caliente.

5. Filtros. 6. Ductos. 7. Compuerta modulante.

214


Cuarto acondicionado

Cuarto acondicionado

Fig. 4.3. Esquema típico de un sistema central de calefacción con agua caliente.

Observando el dibujo anterior, se notan las diferencias entre sistema central de agua helada para acondicionar en verano y el sistema central de agua caliente para acondicionar en invierno y éstas son: 1. Este sistema requiere un generador de agua caliente, normalmente a 60-70 °C en lugar de un enfriador de agua. 2. El elemento principal para acondicionar es agua caliente. Todos los demás componentes son comunes en cada sistema, ya sea para acondicionar en verano o en invierno. 5.3. El sistema central de agua helada y agua caliente para el aire acondicionado y calefacción

Este sistema es una combinación de los dos anteriores y se aplica cuando se desea tener un acondicionamiento total, es decir de verano e invierno.


215

A continuación se presenta el esquema de este sistema para su comprensión: Cuarto acondicionado

Cuarto acondicionado Sistema de calefacción Sistema de acondicionamiento

Fig. 4.4. Esquema típico de acondicionamiento total.

1.Enfriador de agua. 2. Generador de agua caliente. 3.Bomba de circulación de agua helada. 4.Bomba de circulación de agua caliente. 5.Ventilador unidad manejadora.

6. Serpentín de agua caliente. 7. Serpentín de agua helada. 8. Filtros. 9. Ductos. 10. Compuerta modulante.

Obsérvese que las unidades manejadoras tienen un serpentín para agua caliente y otro para el agua fría. En un sistema total de acondicionamiento como el anterior, en verano opera únicamente el sistema de aire con agua helada para acondicionar los locales y en invierno cuando se requiere la calefacción, solamente opera el sistema de agua caliente y el sistema de agua helada se mantiene fuera.

HOJA BLANCA P. 216

6. CONTROL Y DISPOSITIVOS APLICADOS EN EL AIRE ACONDICIONADO

Se ha comentado en un principio el acondicionamiento, cómo producirlo, los equipos para hacerlo y su razón de ser, pero para lograrlo en los diferentes locales es necesario controlarlo y esto se puede lograr aplicando la instrumentación adecuada.

6.1. Los dispositivos y/o aparatos utilizados en el control de aire acondicionado

Los dispositivos y aparatos que se utilizan en el control de aire acondicionado y calefacción son: • Termostato. • Humidistato. • Compuerta modulante. • Válvula solenoide. • Sensor sísmico o interruptor sísmico. • Sensor de humo. • Humidificador. Los dispositivos como termostatos, humidificadores, compuertas modulantes y electroválvulas son comunes en cualquier sistema de aire acondicionado que se aplica a locales convencionales para un edificio diseñado con el concepto de “edificio inteligente” su aire acondicionado deberá contar con sensores de humo y sensores sísmicos si éste se encuentra en territorio telúrico, para parar en forma automática los ventiladores de las unidades manejadoras. Análogamente se debe efectuar la función parar, con el sensor de humos cuando exista un conato de incendio.

217


218

Termostato: es un control de temperatura que se instala en el cuarto o ducto de inyección y su función principal es vigilar la temperatura dentro de un rango prestablecido en el cuarto o local que se requiere acondicionar. Acondicionamiento:

rangos:

23-27 ºC

o 25-29 ºC

rangos:

0-25 ºC

21-25 ºC

Calefacción:

Humidificador: dispositivo para controlar la humedad relativa en la calefacción; es un elemento que se instala en el ducto de inyección y los rangos recomendados son:

Verano:

45-55% humedad relativa.

Invierno:

30-40% humedad relativa.

La humedad relativa es el porcentaje de humedad comparado con la humedad total de las condiciones del diseño. Compuerta modulante: es un dispositivo que está formado por una compuerta de aspas opuestas o paralelas y un motor eléctrico que actúa sobre las aspas de la compuerta. Su función principal es modular o regular el volumen de aire en los ductos a la salida de la máquina de aire acondicionado o en la entrada del aire al cuarto por acondicionar y es comandada por el termostato instalado en el cuarto que se desea acondicionar. Válvula solenoide: la válvula solenoide es de dos vías: de entrada y salida y pueden ser normalmente abiertas o normalmente cerradas. Es un dispositivo que está formado por una solenoide y una válvula compuerta y tiene como función principal controlar el flujo de agua potable. Se instala a la entrada del serpentín, según sea el caso y normalmente la comanda el humidistato instalado en el cuarto por acondicionar.


219

Sensor sísmico o interruptor sísmico : es un dispositivo que tiene la función de proteger los equipos de aire acondicionado (ventiladores) cuando se presenta un movimiento telúrico en el edificio causado por un sismo. Su operación se presenta cuando se detecta un movimiento, se desconectan los circuitos de control que comandan los equipos de aire acondicionado y, de esta manera, no se permite daño alguno en el equipo; este sensor presenta un juego de contactos normalmente cerrados, los cuales se interconectan al circuito en cuestión. Humidistato: dispositivo para controlar la humidificación a través del humi-dificador, cuenta con un elemento sensor y sus rangos de operación normalmente son de 20 a 80% de humedad relativa y se instala en el local o cuarto que se desea acondicionar. Sensor de humo : es un dispositivo electrónico con contactos normalmente cerrados que detecta el humo ocasionado por un conato de incendio, actuando sobre los circuitos de control que comandan las manejadoras, desconectándolas y de esta manera evitan la propagación del humo y el fuego a través de los ductos, y, en consecuencia, en el edificio.

6.2.Función de los elementos de control del sistema de aire acondicionado Unidad manejadora de aire:

Esta máquina está formada básicamente por una sección que aloja el ventilador, sección de serpentín o serpentíns (agua helada y agua caliente) y una sección de filtros, su función es inyectar y retornar el aire a los locales o áreas acondicionadas. Ductos: conducen el aire desde la unidad manejadora hasta los locales por acondicionar, asimismo retornar el aire a la manejadora. Difusores: inyectan el aire acondicionado a los locales de manera uniforme y distribuida.

220


Rejillas: retornan o extraen el aire acondicionado a la manejadora o al exterior. Agente refrigerante: agente que se emplea como absorbedor de calor. Enfriadores de agua: en este equipo se realiza el proceso de refrigeración con objeto de suministrar el agua helada para las manejadoras. Compuerta modulante: este equipo regula el volumen de aire que se inyecta al local por acondicionar y su control es por medio del termostato. Bombas: este equipo efectúa la circulación del agua helada en circuito cerrado. Controles: controlan las condiciones que se mantienen en los locales por acondicionar, gobernando la operación de los equipos en forma automática. (termostato, humidistato, válvula solenoide compuerta modulante).

6.3. Control típico para un sistema de calefacción con agua caliente

El control eléctrico automático típico para un sistema de calefacción con agua caliente para oficinas en uso horario semanal se plantea como un ejercicio para elaborar el proyecto de control eléctrico de un sistema que debe operar en forma automática a través de una semana completa de trabajo, de tal forma que el evento sucede a través de siete días y éstos equivalen a 168 horas de operación ininterrumpida del sistema para después iniciar nuevamente el mismo ciclo. Para este sistema se tiene a continuación el esquema donde se muestran los elementos o partes que se involucran en el control como ventilador de unidad acondicionadora (manejadora) válvula solenoide para agua, así como los controles de temperatura (termostato) y humidificación (humidistato).


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6APOR !GUAPOTABLE #ONDENSADOS 2ETORNO

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Fig. 4.5. Esquema para un sistema de calefacción con sus elementos de control.

Donde: 1. Generador de agua caliente. 2. Bomba para agua caliente. 3. Ventilador de la unidad manejadora. 4. Serpentín de agua caliente. 5. Filtros. 6. Ductos. 7. Compuerta modulante. 8. Humidificador. 9. Termostato. 10. Humidistato. 11. Líneas de control.

222


Además de este esquema se tienen las condiciones siguientes: Primera: el sistema opera desde el día lunes a partir de las seis horas (arranque del sistema) y hasta las seis horas del día sábado (paro del sistema). Segunda: el sistema de calefacción se mantiene fuera de servicio los días sábado y domingo. Tercera: el sistema de calefacción debe restablecerse el día lunes a las 6 horas, para así tener el horario semanal de calefacción en las oficinas. Cuarta: toda la operación del sistema es en automático.

Una alternativa del sistema de control eléctrico para estas condiciones de calefacción en oficinas se muestra en la siguiente página.


,ÓNEA DE CONTROL 

223

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2ELEVADORCONTROL PAROMANUALY ARRANQUE AUTOMÉTICO

24

4EMPORIZADOR ARRANQUE SISTEMA

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4EMPORIZADOR RESTABLECER SISTEMA 2EVELADORCONTROL UNIDADMANEJADORA

(UMIDISTATO 63(



#ONTROLVÉLVULA SOLENOIDEAGUA HUMIDIFICADOR

 4ERMOSTATO #-



#ONTROLCOMPUESTA MODULANTE REGULACIØNDEAIRE

OO

## 

 

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!UTOMÉTICO 22/,/, - -ANUAL

-/,/, -

3ENSORESDEHUMOSY SISMOSSEGURIDAD 6ENTILADOR MANEJADORAAIRE

"OMBAAGUA CALIENTE

%NCLAVE

Fig. (a). Diagrama lineal de control para un sistema de calefacción con agua caliente uso horario semanal.

224


Análisis de diagrama de control PARO Y ARRANQUE DEL SISTEMA

Observando el diagrama de la figura (a), se tiene instalado un pulsador de paro, con el cual se efectúa la función de paro (línea 1) del sistema; además se tiene instalado un pulsador, arrancar (línea 1) para realizar la función de arranque. Al oprimir este botón se energiza el relevador de control R1 y se sostiene a través del contacto auxiliar de sello normalmente abierto (NC) R1 (línea 2). Con esta condición el temporizador RT1 de 0-120 horas (línea 3), denominado arranque del sistema se energiza a través del contacto auxiliar RT2 normalmente cerrado (NC) del temporizador TR2 (línea 4), denominado restablecer sistema; como este temporizador se encuentra desactivado se mantiene el contacto TR2 en la posición de cerrado permitiendo cortar el circuito del temporizador RT1 (línea 3). Con el temporizador RT1 energizado se activa el contacto auxiliar RT1 (línea 5), normalmente abierto (NC), el cual se cierra en esta condición y además se conecta en serie con un contacto auxiliar RT2, normalmente cerrado (NC) del temporizador RT2 (línea 4), energizando al relevador R2 (línea 5), denominado control de unidad de calefacción. Con la condición de energizar el relevador R2 se activa el contacto auxiliar R2 (línea 9) normalmente abierto (NA), el cual se encuentra conectado en serie, con un contacto auxiliar R1, normalmente abierto (NA) del relevador de control R1 como este relevador se encuentra activado, en consecuencia, el contacto auxiliar R1 está actuado; asimismo, como estos se encuentran conectados en el circuito de la bobina del arrancador electromagnético del ventilador de la unidad de calefacción y en este mismo circuito también se encuentran conectados en serie los contactos normalmente cerrados (NC) denominados HM y TM (línea 8) correspondientes a los sensores de humo y movimiento telúrico, respectivamente, con lo cual dicho circuito se cierra y energiza la bobina del arrancador electromagnético de la unidad calefactora, con esto arranca el ventilador y envía el aire caliente a través de los ductos, para producir el confort deseado durante la semana de lunes a viernes (120 horas) en las oficinas. La función del contacto auxiliar RT2 (línea 4) control de unidad de calefacción es para producir un enclavamiento y que éste no se energice cuando


225

el temporizador RT2 está activado durante las 48 horas y de esta manera no arranque el ventilador de la unidad manejadora el día sábado y domingo; asimismo, no permita el funcionamiento del humidistato y termostato. RESTABLECIMIENTO DEL SISTEMA

Para restablecer el sistema de calefacción después de transcurrir las 48 horas del día sábado y domingo, se instala el temporizador RT2, precisamente denominado restablecer sistema, éste se energiza cuando el contacto normalmente abierto TR1 (línea 4) temporizado de 0 a 120 horas, se actúa cerrando lo cual sucede cuando han transcurrido las 120 horas. Con la condición de energizado el temporizador RT2 (línea 4), éste acciona el contacto auxiliar TR2 (línea 3), normalmente cerrado (NC), conectado en el circuito del temporizador RT1, el cual cambia su condición de NC a NA y desenergiza al temporizador RT1 (línea 3). Éste acciona a su vez el contacto auxiliar RT1 NA, que se encuentra en el circuito del relevador R2 (línea 5), desenergizándolo y, en consecuencia, también actúa el contacto auxiliar R2 NA, que está conectado en el circuito de la bobina del arrancador electromagnético (línea 9) y como consecuencia de esto para la unidad manejadora de aire, mientras está activado el relevador RT2 restablecer sistema (línea 4). Regresando al circuito del temporizador RT2, éste se encuentra energizado por lo que también acciona al contacto auxiliar TR2 (línea 5) del circuito del relevador R2, cambiando su estado de cerrado ha abierto y con esto no permite que se active este circuito mientras el temporizador RT2 restablecer sistema se mantenga energizado, cumpliéndose la función de enclave. Una vez que se energiza el temporizador RT2 de 0-48 horas, activa al contacto temporizado TR2 con 48 horas de cerrado a abierto y sus contactos después de transcurrir este tiempo (sábado y domingo) energiza nuevamente el temporizador RT1; en esta condición simultánea, éste acciona el contacto temporizado TR1 el cual cambia su estado de cerrado a abierto y desenergiza el temporizador RT2, y éste también simultáneamente acciona el contacto RT2 de abierto (NA) a cerrado (NC) y con esto sella el circuito del temporizador RT1 restableciendo el sistema de calefacción cuando el contacto temporizado TR2 se actúa y abre sus contactos, en ese momento reinicia su conteo de 0-120 horas, iniciando nuevamente el ciclo de calefacción y operara nuevamente cuando el tiempo programado (120 horas) se cumpla y energizará

226


una vez más el temporizador RT2 de 48 horas, y queda el sistema fuera de operación nuevamente sábado y domingo, se cumple el ciclo de uso horario semanal. La operación de válvula solenoide y compuerta modulante La operación de la válvula solenoide para agua de humidificación se efectúa en forma automática con el humidistato (línea 6) el cual está instalado en el cuarto acondicionado, y se calibra previamente en el rango deseado de humidificación; análogamente se efectúa la operación de la compuerta modulante con el termostato calibrado (línea 7) en el rango de temperatura deseada y éste también está instalado en el cuarto acondicionado. La operación del humidistato y del termostato no se efectúa durante el sábado y domingo porque estos circuitos quedan desenergizados al estar actuando el temporizador RT2 que acciona al contacto auxiliar RT2, conectado en el circuito de relevador de control R2 de la unidad de calefacción, pues cambia su estado NC a NA y en esta condición desenergiza dicho circuito e interrumpe a su vez los circuitos que alimentan al humidistato y termostato. 6.4. Control típico para un sistema de acondicionamiento con agua helada

Análogamente al sistema típico de control eléctrico planteado para el sistema de calefacción se resuelve éste con iguales consideraciones y las mismas condiciones. Es decir, se proyecta para un uso horario semanal y con el mismo horario de operación. El esquema para el sistema de acondicionamiento de unas oficinas se presenta a continuación, donde se muestran los elementos o partes que incluyen el control, como el ventilador de la unidad acondicionadora (manejadora), de compuerta modulante y el termostato.


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

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&8$572 #UARTO

0

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

227

$&&21',&,21$'2 ACONDICIONADO



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 

5(72512

2ETORNO 5(72512 2ETORNO 7







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Fig. 4.6. Esquema para un sistema de acondicionamiento con sus elementos de control.

Donde: 1. Enfriador de agua. 2. Bomba de circulación de agua. 3. Ventilador de la unidad manejadora. 4. Serpentín de agua helada. 5. Filtros. 6. Ductos. 7. Compuerta modulante. 8. Termostato. 9. Línea de control. Con las consideraciones anteriores, se resuelve el proyecto de control eléctrico para este caso y el diagrama de la figura. (b) muestra una alternativa de solución:


228

N

L

P

A

2ELEVADORDE CONTROL

R 1

R 1

T R 2

R T 1 0 -1 2 0 H

4 8 H T R 1

R T 2 0 -4 8 H

1 2 0 H R T 2

4EMPORIZADOR ARRANQUEDE SISTEMA 4EMPORIZADOR RESTABLECEREL SISTEMA

R T 1

2ELEVADORCONTROL DEUNIDADDE CALEFACCIØN

R 2

T e r m o s t a t o

#ONTROL COMPUESTA MODULANTE

C M

2 4 o

A u t oát mic o H M

T M

R 1

C

R 2

O L

O

O L

O L

M 1

M an u al M 1 M 2

5NIDAD L ACONDICIONADORA DEAIRE MANEJADORA

"OMBADEAGUA CALIENTE

Fig. (b). Diagrama lineal de control eléctrico para un sistema de acondicionamiento con agua fría, uso horario semanal.

Análisis del diagrama de control:

En el diagrama eléctrico (figura b) se observa que éste se resuelve de la misma forma que el anterior (ver figura a); es decir, aplicando dos temporizadores uno para arranque del sistema y otro para restablecer; asimismo se tiene un relevador de control y un segundo relevador para control de la unidad acondicionadora, presentando como única diferencia que en este sistema no existe el control eléctrico para la humidificación, pues el esquema


229

del sistema de acondicionamiento no presenta este requerimiento, por lo que solamente existe el circuito de control para la compuerta modulante que es controlada por el termostato y con lo cual se regula el volumen de aire deseado en el cuarto por acondicionar para tener el confort deseado. El circuito de control automático y manual para el ventilador de la unidad acondicionadora es idem al del sistema para calefacción. Ver figura (a); de la misma manera se controla la bomba de agua helada con el ventilador de la unidad manejadora.

6.5. Control para la ventilación del estacionamiento

La ventilación del estacionamiento para vehículos es importante cuando éste es cerrado, pues la acumulación de humos producidos por sus escapes resulta peligrosa para los usuarios; esto implica considerar un medio para desalojarlos. La ventilación del estacionamiento por inyección de aire usando un medio electromecánico como es un ventilador; esto es una solución común para desalojar los humos producidos por los automotores, pues al inyectarse aire desplaza a los humos y los desaloja a través de la entrada del estacionamiento. Es condición mantener la puerta abierta o bien usar una tipo reja para permitir la salida de los humos. La alternativa de solución explicada se representa en el esquema siguiente:


230

$( $UCTO

2EJILLAS

,ÓNEADECONTROL $(

$ETECTORESDEHUMOS

3ALIDAAIRE CONTAMINADO POR ENTRADA ESTACIONAMIENTO

Fig 4.7. Esquema típico de inyección de aire en el estacionamiento para desalojar los humos de vehículos.

El esquema presenta un sistema formado por un ventilador inyectando aire a través de ductos y rejillas al estacionamiento y el control se efectúa a través de detectores de humos, los cuales se instalan dentro del estacionamiento en puntos estratégicos. Esto, muy independiente del cálculo que hace el técnico en aire acondicionado para seleccionar el tamaño del ventilador a efecto de lograr el número de cambios de aire en el estacionamiento, y normalmente son de seis cambios de aire por hora. Pero esto puede ser adaptado a las necesidades del local y del usuario, por ejemplo, seis cambios por media hora. Considerando el esquema anterior y las condiciones siguientes: Primera: la operación del ventilador es automática (para lograr un ahorro de energía); porque únicamente debe funcionar cuando se detecte una acumulación de humos. Segunda considerar también la operación manual; ya que el detector de humos puede fallar por cualquier causa. Una alternativa de solución para controlar en forma automática la operación del ventilador con detectores de humos es la siguiente:


/

231

1 0

! 2

2ELEVADORCONTROL

-

6ENTILADORINYECCIØN DEAIRE

2

-ANUAL

2

!UTOMÉTICO $(

$( $ETECTORESDEHUMOS $(

$(

Fig. (c). Diagrama lineal de control para la ventilación del estacionamiento.

Arranque y paro automático

La figura (c) representa el diagrama lineal de control automático para el sistema de ventilación en el estacionamiento. Examinando el circuito del relevador de control R1,si se oprime el pulsador arrancar (A), se energiza el relevador de control y éste pone a funcionar a los dos contactos auxiliares denotados por R1, normalmente abierto (NA); el primero, al estar conectado el paralelo con el pulsador arrancar se efectúa la función de sello pues cambia su estado de NA a NC cerrando el circuito a través de éste y por esto se mantiene permanentemente energizado el relevador R1. Con esta condición también se opera simultáneamente el segundo contacto auxiliar R1 normalmente abierto, el cual se encuentra conectado en el circuito de la bobina del arrancador electromagnético, al accionarse este contacto cambia su estado de NA a NC y, en consecuencia, cierra el circuito, porque se encuentra el interruptor automático-manual en posición de automático y conectado en serie con éste y a su vez con los contactos de los detectores normalmente abiertos, los cuales se operarán cuando se detecten los humos del escape de los vehículos; cambiando su estado

232


de NA a NC y en ese momento arrancará el motor del ventilador, inyectando aire para desalojar los humos no deseados en el estacionamiento. El ventilador para automáticamente cuando no hay humo en el estacionamiento, ya que los contactos del detector de humos se acciona de NC a NA, logrando la función de paro. Operación manual

La operación en manual se efectúa cuando se activa el interruptor de la posición automático (normal) a la posición manual y en ese momento se prepara para arrancar el ventilador en forma manual, esto se logra oprimiendo el pulsador de arranque, energizando el relevador de control que actúa y cierra el segundo contacto auxiliar R1, conectado en el circuito de la bobina del arrancador electromagnético lo activa y arranca el motor del ventilador y el paro se efectúa oprimiendo el pulsador parar (P). En esta operación se entiende que antes de operar el interruptor de automático-manual, se ha puesto fuera el sistema oprimiendo el pulsador parar (P) del circuito del relevador de control, a través del cual se desenergiza todo el sistema de control eléctrico (paro total). La necesidad de un segundo ventilador

En el caso de la necesidad de contar con un segundo ventilador por el volumen de aire por mover en el estacionamiento cubierto, la solución es conectar la bobina del arrancador electromagnético del segundo ventilador en paralelo al circuito del primero con un tercer contacto auxiliar R1, normalmente abierto (NA) del relevador de control como se indica a continuación en la figura (d).


233 .

, 0

! 2

2ELEVADORCONTROL

2

-ANUAL

2

/,

/,

/,

/,

- !UTOMÉTICO

2 -

$(

$(

6ENTILADORPARA INYECCIØNDEAIRE

6ENTILADORPARA INYECCIØNDEAIRE

$ETECTORES $(

$(

Fig. (d). Diagrama lineal de control para la ventilación del estacionamiento con dos ventiladores en operación simultánea.

Al energizarse el relevador de control promedio del pulsador arrancar (A) se activan los contactos auxiliares normalmente abiertos (NA) y de un estado normalmente abiertos (NA) pasan a un estado de cerrados (NC); el primer contacto auxiliar R1, sella el circuito del propio relevador de control, simultáneamente se cierran los dos contactos auxiliares R1 que se encuentran conectados a los circuitos de las bobinas de los arrancadores electromagnéticos de ventiladores 1 y 2 preparando su arranque, lo cual se efectúa cuando los contactos NA de los detectores de humos cierren por la presencia de ellos y arrancan los ventiladores, estos paran el forma automática por la ausencia del humo de escape de los vehículos.

234


Corolario:

La inversión efectuada para automatizar el sistema de aire acondicionado se justifica con la amortización a mediano plazo con el ahorro de energía eléctrica que se logra cuando los equipos empleados operan únicamente en los momentos requeridos para producir el confort deseado en cada uno de los locales y con esto lograr el incremento de la productividad en los usuarios del edificio.

7. EJERCICIO: ACONDICIONAMIENTO TOTAL

Se tiene un sistema de acondicionamiento total para oficinas y se desea operarlo en forma automática, con uso horario diario de las ocho a las veinte horas, manteniéndose el sistema apagado a partir de las ocho de la noche y se arranca al día siguiente a partir de las ocho horas de la mañana. Recordar que un sistema total de acondicionamiento en verano opera únicamente el acondicionamiento y en invierno la calefacción.

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6APOR

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#ONDENSADO

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!GUA POTABLE 2ETORNOS

)NYECCIØN DEAIRE

2ETORNO DEAIRE

 

,OCAL ACONDICIONAMIENTO TOTAL

Fig. 4.8. Esquema para un acondicionamiento total con sus elementos de control.

235

236


Solución: en principio se establece un esquema del sistema de acondicionamiento total, incluyendo la instrumentación requerida para su operación automática de la forma siguiente: Donde: 1 . Enfriador de agua. 2 . Calentador de agua. 3 . Bomba circ. agua helada. 4 . Bomba circ. agua caliente. 5 . Ventilador unidad manejadora. 6 . Serpentín agua caliente. 7 . Serpentín agua helada. 8 . Filtros. 9 . Ductos

10 . Válvula manual (para tarea de mantenimiento). 11 . Chocador manual (para área de mantenimiento). 12. Humidificador. 13. Válvula solenoide humidificador. 14 . Termostato. 15 . Humidistato. 16. Línea de control.

Del esquema (figura 4.8) se acota lo siguiente: Primero: es un sistema central con enfriador de agua y con generador de

agua caliente. Segundo: el agua helada y caliente circula en un circuito cerrado por medio de una bomba. Tercero: la unidad manejadora tiene un serpentín para agua fría y otro para agua caliente y forman parte de cada uno de los circuitos cerrados. Cuarto: en la unidad manejadora se tiene instalado un humidificador alimentado con agua de red potable a través de una tubería y una válvula solenoide para controlar el flujo de este líquido. Quinto: se tiene una compuerta modulante con un motor a la salida de la manejadora e inicio del ducto de aire para regular el volumen de aire. Las condiciones que se plantean y de acuerdo con el esquema del sistema son las siguientes: Primera: la operación es totalmente automática y durante las 24 horas. Segunda: el sistema está en operación durante 12 horas (de 8-20 horas) y,

en consecuencia, estará 12 horas fuera (20-8 horas del día siguiente). Tercera: el control automático es para operar en verano (acondicionamiento) o en invierno (calefacción) indistintamente.


237

Cuarta: los elementos de control son el termostato y el humidistato insta-

lados en el cuarto por acondicionar (según el esquema). Quinta: incluir seguridad para conato de incendio y movimientos sísmicos del ventilador de la manejadora. Sexta: también incluir operación manual, independientemente de la automática, para las seguridades del ventilador de la manejadora. Séptima: incluir señalización visual para indicar cuando opere en verano e invierno. Del análisis e interpretación de las condiciones establecidas se diseña el diagrama lineal de control siguiente:


238

.

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! 2

24 2

2ELEVADORCONTROL PAROMANUALY ARRANQUE AUTOMÉTICODEL SISTEMA

42

24

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4EMPORIZADOR ARRANQUE SISTEMA 4EMPORIZADOR RESTABLECEREL SISTEMA

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( 24 24

2

2ELEVADORCONTROL MANEJADORA

63(


(UMIDISTATO

4O )NVIERNO #

2ELEVADORCONTROL BOMBASAGUAS CALIENTEYHELADA #ONTROL COMPUERTA MODULANTE REGULACIØNAIRE

2 6ERANO # 42

!UTOMÉTICO (-

4-

2

O

#

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6ENTILADOR MANEJADORA

-

!GUAHELADA

-ANUAL 2

2

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-

!GUACALIENTE

-

,ÉMPARAPILOTO ROJAOPERACIØN INVIERNO ,ÉMPARAPILOTO ROJAOPERACIØN VERANO

2

!

Fig. (e). Diagrama lineal de control eléctrico para un sistema de acondicionamiento total, uso horario diario.


239

Análisis del diagrama de control PARO TOTAL

Éste se puede efectuar en el momento que se desea, basta con oprimir el pulsador parar (P), para desenergizar el circuito del relevador de control (línea 1), pues instantáneamente el contacto auxiliar R1 (línea 2) cambia su estado de cerrado a la condición normalmente abierto y con esto también se desenergiza el circuito del temporizador RT1 (línea 3) que desenergiza los demás circuitos, además de que el relevador de control para directamente el ventilador de la unidad manejadora a través de su contacto auxiliar R1, instalado en el circuito de éste (línea 9) y las bombas también paran a través del contacto auxiliar M1 del arrancador electromagnético del ventilador, pues es operado y su estado cambia de cerrado a normalmente abierto logrando con esto el paro total del sistema. ARRANQUE DEL SISTEMA

En el diagrama de la figura (E) se tiene instalado un pulsador arrancar (A), conectado en serie con el pulsador parar normalmente cerrado (línea 1), complementando el circuito está el relevador de control R1, también conectado en serie; al oprimir el pulsador arrancar, el circuito se cierra y se sostiene a través de un contacto auxiliar R1 (línea 2), que al ser operado por el relevador de control cambia su estado de normalmente abierto a cerrado y con esto se mantiene energizado el relevador R1 (línea 1); pero también actúa un segundo contacto auxiliar R1, normalmente abierto (línea 10), cambiando su estado a cerrado y con esto prepara el arranque del ventilador de la unidad manejadora. El temporizador TR1 de 0-12 horas para arrancar el sistema se energiza por medio del contacto temporizado TR2, normalmente cerrado (línea 3) del temporizador RT2 (línea 4) que se encuentra desenergizado y por esta razón el contacto auxiliar TR2 mantiene su estado normalmente cerrado (NC); con ello se mantiene energizado el temporizador TR1; energizado TR1 se tienen los siguientes eventos:

240


Primero: activa el contacto temporizado RT1 normalmente abierto de 0-12

horas (línea 4) e inicia su conteo de tiempo, el cual cambiará su estado de abierto a cerrado, pero hasta que transcurra el tiempo programado previamente, para este caso es de 12 horas. Segundo: también actúa simultáneamente el contacto auxiliar RT1

normalmente abierto (línea 5), cambiando su estado de normalmente abierto a cerrado, éste se encuentra conectado en serie con el contacto auxiliar RT2, normalmente cerrado, manteniendo tal situación por no estar energizado el temporizado RR2, de esta forma se energiza el relevador R2 control mane jadora. Tercero: con el relevador R2 energizado (línea 5) activa su contacto auxiliar

R2 normalmente abierto (línea 10), cambiando su estado a cerrado y como el selector de automático-manual (línea 10) se encuentra en la posición “automático”, los contactos de seguridad correspondientes a los sensores de humos y movimiento sísmico se encuentran normalmente cerrados, conectados en serie, entonces se energiza la bobina M1 del arrancador electromagnético (línea 10) y arranca el ventilador de la manejadora inyectando aire para tener el confort deseado. Cuarto: una vez energizada la bobina M1 del arrancador, actúa el contac-

to auxiliar M1 (línea 12) normalmente abierto, cerrándolo y con esto se prepara el arranque de la bomba agua helada M2 (línea 12) y con un segundo contacto auxiliar M1 (línea 13) prepara el arranque o de la bomba agua caliente M3 (línea 13). OPERACIÓN INVIERNO

Para la operación en invierno o verano se instala un selector de dos posiciones con las cuales se efectúa la operación en cualquier temporada; se recomienda que antes de arrancar el sistema de acondicionamiento total se opere el selector a la posición requerida en función de la temporada del año, después, se arranca el sistema de acondicionamiento total y se logran las condiciones siguientes: Primera: con el sistema activado el circuito del relevador de control

manejadora (línea 5) se encuentra energizado y consecuentemente se energiza


241

el selector invierno-verano (línea 7); luego, si desea la calefacción, éste se opera a la posición invierno energizando a través del contacto normalmente cerrado del humidistato (línea 6) la válvula solenoide que es activada y abre permitiendo la alimentación de agua potable al humidificador para tener la humedad relativa deseada; para este caso se calibra el humidistato previamente en el rango de 40-50% (esto implica que el contacto del humidistato estará en estado normalmente cerrado cuando el valor de la humedad relativa es de 40% y a estado normalmente abierto cuando llega a 50%). La válvula solenoide cambia su estado de abierta a cerrada, cuando el humidistato registra su rango superior (50% humedad relativa) y actúa su contacto de cerrado a normalmente abierto desenergizando la válvula solenoide y cuando llega al rango inferior (40%), ésta vuelve a cerrar. Cuando el rango llega a 40%, el contacto del humidistato pasa de un estado normalmente abierto a normalmente cerrado, activando nuevamente a la válvula solenoide para que ésta abra y permita el paso del agua al humidificador logrando la humedad deseada en el aire. Segunda: con el selector en la posición invierno, también se energiza el

relevador de control R3 (línea 7) de bomba agua caliente y helada; que actúa simultáneamente los contactos auxiliares R3, el primero conectado en paralelo (línea nueve) con la posición del selector verano (línea 7) normalmente abierto y cambia a cerrado; energizando el circuito de la compuerta modulante (línea 8) donde también se encuentra el termostato en estado normalmente cerrado, por esta razón se energiza la bobina del arrancador del motor de la compuerta modulante. El termostato opera en el rango previamente calibrado, para este caso es de 23-27 ºC y dentro de este rango comanda a la compuerta, también calibrada para abrir más o menos sus aspas, y con esto se regula el volumen de aire para tener el confort deseado. El circuito del termostato (línea 8) se energiza con el termostato cerrado cuando la temperatura está en el rango superior 27 ºC, energizando la bobina CM del arrancador electromagnético del motor de la compuerta modulante, y cuando el termostato pasa al estado abierto como consecuencia de registrar el rango inferior de 23 ºC, desenergiza la bobina del arrancador de la compuerta parándola. Un segundo contacto R3 instalado en serie en el circuito

242


de la bomba agua helada (línea 12), también es activado de su estado normalmente cerrado y cambia a normalmente abierto, lo cual no permite energizar la bobina del arrancador M2 y con esto impide la operación de la bomba de agua helada, pues es para acondicionamiento de verano. El tercer contacto R3 normalmente abierto se encuentra instalado en el circuito de la bomba de agua caliente (línea 13), el cual al ser activado por el relevador R3,cambia de estado abierto a cerrado, energiza la bobina del arrancador electromagnético M3, y permite el arranque de la bomba de agua caliente, haciendo circular el agua caliente por el serpentín y con esto se calienta el aire del ventilador de la unidad manejadora; que también está en operación para producir el acondicionamiento del invierno y tener el confort deseado en las oficinas. OPERACIÓN VERANO

Para el acondicionamiento de verano se opera el selector a la posición “verano” y se tienen las condiciones siguientes en el sistema de control: Primera: se desenergiza el circuito del humidistato y del relevador R3 control

bomba agua caliente y helada; el cual actúa sus relevadores auxiliares R3. El primer contacto auxiliar R3 normalmente abierto instalado en paralelo (línea nueve) con la posición del selector verano, es actuado y cambia su estado de cerrado ha normalmente abierto; por lo que el circuito del termostato (línea ocho) se energiza solamente a través del selector El segundo contacto auxiliar R3 normalmente cerrado (línea 12), al desenergizarse el relevador mantiene su estado normalmente cerrado permitiendo energizar la bobina del arrancador electromagnético M2, con esto arranca la bomba de agua helada, haciendo circular agua helada por el serpentín de la unidad manejadora y enfriando el aire del ventilador que también está en operación. El tercer contacto auxiliar R3 normalmente abierto (línea 13) mantiene su estado y esto no permite energizar la bobina del arrancador electromagnético M3 y, en consecuencia, la bomba de agua caliente no opera, ya que ésta es para condicionamiento de invierno.


243

Segunda: el circuito del termostato que comanda la compuerta modulante, se

energiza solamente a través del selector, ahora en la posición verano como se muestra a continuación.

,ÓNEADE , CONTROL

. (UMIDISTATO




63(



)NVIERNO



6ERANO

( (0 2 /, # 4



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2ELEVADORCONTROL BOMBASAGUA CALIENTEYHELADA #ONTROL COMPUESTA MODULANTE

2

Fig. (f).

Energizando el circuito, el termostato activa la bobina del arrancador electromagnético CM (línea 8) arrancando el motor de la compuerta modulante, que regula el volumen de aire por medio de sus aspas, las cuales están calibradas para abrir más o menos (nunca se cierran totalmente) en función del rango del termostato. El motor de la compuerta modulante arranca con el rango superior de temperatura del termostato, en este caso 27 ºC y para cuando la temperatura llega al rango inferior 23 ºC; pues el termostato actúa de normalmente cerrado 27 ºC a abierto cuando llega al rango inferior, veintitrés grados centígrados.


244

Parada y restablecimiento del sistema (ciclo de 24 horas) Una vez puesto en operación el sistema, trabajará durante las 12 horas (de 812 horas) como se ha programado con el temporizador RT1, cuando ha transcurrido el tiempo programado el contacto temporizado TR1 (línea 4) actúa y su estado de normalmente abierto cambia a cerrado, energizando el temporizador RT2 de 0-12 horas, como se muestra a continuación. , ,ÓNEA DECONTROL

. 0

!

2

  

2ELEVADORDE CONTROL

!CTIVADO 2

42

24

( !CTIVADO 42

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(

 24

24

24 2

4EMPORIZADOR ARRANQUEDE SISTEMA 4EMPORIZADOR RESTABLECEREL SISTEMA 2ELEVADORCONTROL MANEJADORA

!CTIVADO

Fig. (g).

Con el temporizador RT2 energizado (línea 4) denominado: restablecer sistema, se cumplen las siguientes operaciones: Primero: es activado el contacto temporizado TR2 con 12 horas (línea 3) cam-

bian su estado de normalmente cerrado a normalmente abierto e inicia su conteo de 0-12 horas y cerrará cuando haya transcurrido este tiempo para volver a energizar el temporizador RT1; el cual permanece desenergizado durante este tiempo.


245

Segundo: el contacto auxiliar RT2 normalmente cerrado (línea 5) es activado

cambiando su estado a normalmente abierto; también el contacto auxiliar RT1 normalmente abierto (línea 5), que se encuentra en serie ha sido activado por el temporizador RT1 (línea 3) permaneciendo en estado abierto, desenergizando el relevador de control-manejadora con lo cual se desactivan las bobinas de los arrancadores del ventilador de la manejadora (línea 12), las bombas de agua helada (línea 12) y caliente (línea 13), parando estos equipos durante 12 horas, ver diagrama figura (d). Lo anterior se cumple por la acción del temporizador RT2 (línea 4); asimismo se desenergizan los circuitos de control correspondientes al humidistato y termostato. Tercero: cuando ha transcurrido el tiempo programado (12 horas) el contacto

temporizado TR2 (línea 3), se activa automáticamente y cambia su estado de normalmente abierto a cerrado y energiza el temporizador RT1, actuando éste al contacto temporizado TR1 (línea 4) que cambia su estado de cerrado a normalmente abierto NA e inicia su conteo de 0-12 horas; pero también desenergiza al temporizador RT2, el cual se volverá a energizar al transcurrir el tiempo programado de 12 horas por medio del contacto temporizado TR1 (línea 4). Pero también actúa su contacto auxiliar RT2 (línea 5), cambiando su estado de abierto a normalmente cerrado con lo que prepara la activación del relevador R2 denominado control manejadora. Cuarto: con el temporizador RT1 (línea 3) energizado a través del contacto

temporizado TR2 y que ha actuado al contacto TR1 (línea 4) desenergizando al temporizador RT2; también actúa su contacto auxiliar RT1 (línea 5) normalmente abierto, cambiando su estado a cerrado y como está en serie con el contacto RT2 normalmente cerrado (ver figura e), energiza el relevador de control manejadora, con el cual se arranca el ventilador de la manejadora, y éste, a su vez, arrancará las bombas de agua helada y caliente, con esto se restablece el sistema nuevamente e inicia otro ciclo de operación de 12 horas (véase figura d), tal como se ha programado. Operación automática y manual para las seguridades del ventilador Esta operación se logra instalando un selector de dos posiciones: automática y manual.


246

La operación normal es en automático, y se presenta en el diagrama de la figura (e). La operación manual se efectúa accionando el selector a la posición manual como se muestra a continuación. ,ÓNEA DE CONTROL

3EGURIDADES

(

4-

3ENSORESDEHUMOS YSISMOS

!UTOMÉTICO 22

/,/, -

-ANUAL

6ENTILADOR MANEJADORA



Fig. (h)

En la posición manual, directamente se cierra el circuito a través del interruptor selector y el ventilador arrancará cuando cierren los contactos auxiliares R1 y R2 normalmente abiertos. Esta operación se prevé por si fallan por alguna razón las seguridades contra incendio o movimiento sísmico; sin que esto suceda y pongan fuera de servicio al ventilador; bastará operar el selector como se muestra en el diagrama de control eléctrico para que éste arranque y después se busque la falla en las seguridades. Señalización para operación en invierno y verano Esta condición se cumple instalando lámparas piloto para cada operación y se comandan a través del relevador R3 de control bombas agua caliente y helada. La lámpara roja se instala (línea 14) para indicar cuando el sistema está operando en invierno, esto implica que se energiza directamente el relevador R3 a través del interruptor selector que activa el contacto auxiliar R3 (línea 14) normalmente abierto a cerrado y energiza la lámpara piloto roja, indicando la operación del sistema en invierno. La lámpara azul (línea 15) se instala para indicar la operación del sistema en verano, por lo que el interruptor selector se conecta en la posición verano y desenergiza el relevador R3, que activa al contacto auxiliar R3 en la línea 15, cambiando su estado de abierto a normalmente cerrado y energiza la lámpara azul, indicando la operación del sistema para la temporada de verano (ver figura e).

UNIDAD V

PROYECTO DE CONTROL ELÉCTRICO EN LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS


Una de las finalidades de esta unidad es que el lector adquiera conciencia sobre la importancia que tiene la protección contra incendios en un inmueble destinado para oficinas; asimismo tenga información general sobre los tipos de incendios y los equipos más comunes utilizados en la prevención y combate de éstos. La otra finalidad es conocer dentro de los medios utilizados para el combate del fuego, en cuál se puede aplicar el control eléctrico y con los conocimientos adquiridos en el capítulo II, efectuar el proyecto de un sistema de control eléctrico para una red de agua contra incendios, procediendo en forma análoga como se plantea en el capítulo III, para el diseño de cada uno de los circuitos de control, poniendo énfasis en los equipos de respaldo dada la importancia que estos tienen en un sistema contra incendios en el edificio inteligente. Una prioridad fundamental en los instrumentos utilizados para oficinas debe ser la protección de las personas (usuarios) contra siniestros como son los incendios que se pueden presentar en cualquier momento y del patrimonio que es en sí el edificio con todo su contenido; esto implica contar con un sistema contra incendio que permita combatir ese conato en caso de presentarse. Lo anterior significa que al proyectarse todo inmueble y construirse con el concepto de “edificio inteligente” deberá contar o tener un medio que garantice la salvaguarda de sus usuarios y del patrimonio.

247

hoja blanca sin folio p.248

1. SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO

Este sistema incluye principalmente las instalaciones y medios para ofrecer protección contra incendio y en general todas las medidas de prevención y control del fuego con objeto de: • Proteger las vidas humanas. • Proteger los bienes inmuebles. • Reducir el costo de la prima del seguro. Por lo anterior la prevención del fuego es de vital importancia en un edificio inteligente y descansa en un amplio conocimiento de las condiciones que determinan las posibilidades de iniciación y su propagación. La protección contra incendio debe incluir todos los conocimientos técnicos, como los establecidos por los reglamentos especializados y la forma empleada más común para combatir el fuego en un inmueble es con una: • Red de extinguidores. • Red de agua contra incendio. Normalmente esto es lo que se aplica en un inmueble, pero en un edificio inteligente a través del control y la automatización se logra evitar la propagación del fuego anulando equipos, desconectándolos o desenergizándolos cuando se inicia el incendio como: • Ventiladores. • Extractores, entre otros. Esto es posible interconectando en el circuito de control eléctrico de cada uno de estos equipos, dispositivos propios como son: • Detectores de humos. Análogamente cuando se presenta un movimiento telúrico con: • Detectores sísmicos (interruptor contra sismos).

249

Hoja blanca p250

2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS INCENDIOS

La clasificación de los incendios se da en función de los materiales combustibles que los producen, a continuación se presenta para conocimiento general la tabla de la clasificación de incendios.

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)NCENDIO DE MATERIALESCARBONIZADOS TALES COMO PAPEL MADERATEXTILES TRAPOS YEN GENERAL COMBUSTIBLESORDINARIOS

)NCENDIO EN ACEITES GRASASYL¤QUIDOS INFLAMABLES

)NCENDIOS EN MATERIALESYEQUIPO EL£CTRICO ENERGIZADOSCOMO INTERRUPTORES TABLEROS ELECTRODOM£STICOS ENTRE OTROS

251

Hoja blanca p 252

3. RED DE EXTINGUIDORE EXTINGUIDORESS

Una de las formas empleadas para combatir el fuego dentro de un inmueble es el extinguidor extinguidor químico; químico; quizá uno de los primeros primeros que se utilizan utilizan para combatir el conato de incendio, sobre todo si se se tiene la oportunidad de detectarlo cuando se se está iniciando; éste también se utiliza para apagar pequeños incendios. El siguiente cuadro señala las clases de incendios para los cuales existen cada extinguidor y con el cual se carga este dispositivo de forma cilíndrica y operación manual directa.

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2ECO 2ECOME MEND NDAB ABLE LE




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253

254


Extinguidores químicos

La elección del extinguidor se efectúa en función de esta tabla y de los materiales combustibles que se tienen en cada área del edificio inteligente. La red de extinguidores se instala atendiendo primero las recomendaciones de la compañía aseguradora para tener una prima pr ima más económica y así abatir el costo del seguro y la otra condición es aplicar el criterio del personal especializado y entrenado por la gerencia de administración del inmueble para combatir el incendio. incendio. En general se recomienda recomienda instalar extinguidores en lugares accesibles accesibles que permitan su operación, la cual es manual como ya se indicó y, y, por lo tanto, tanto, en esta red red no hay aplicación aplicación de control control o automatiautomatización. Otra recomendación es que al año la carga del extinguidor sea renovada cuando cuand o no se ha utilizado utilizado.. (Ver Clasificación general de los incendios.) incendios.)

4. ELEMENTOS DE LA RED DE AGUA AGUA CONTRA INCENDIO

4.1. Hidra Hidrantes ntes El sistema de hidrantes es el conjunto de equipos y accesorios fijos con gran capacidad de extensión de los cuales se dispone para prevenir los incendios. Este sistema instalado en el interior del edificio debe ser capaz de asegurar un eficiente funcionamiento durante un intervalo de treinta minutos ininterrumpidamente rrumpida mente,, tiempo en el cual, cual, de no extinguirse extinguirse el incendio incendio,, será necesaria necesaria la intervención de los bomberos. Los hidrantes para protección contra incendio aprobados por la Asociación Mexicana de Instituciones de Seguros son los tamaños siguientes: a) Pequeño. b) Mediano. c) Grande. De estos tres tipos, el que se recomienda emplear emplear en un edificio o inmueble de varios niveles es el mediano por el tipo de riesgo que se puede presentar y porque el personal necesitará de un entrenamiento especial para usar los hidrantes grandes pues las mangueras son de mayor tamaño y diámetro. Los componentes y características de los hidrantes medianos, se presentan en la tabla siguiente:

255

256


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"OQUERELCONCHIFLNREGADERAAJUSTABLE

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!SOCIACIN-EXICANADE)NSTITUCIONESDE3EGUROS ,0-

UNIDAD V. PRO ROYE YECT CTO O DE CO CONT NTRO ROLL EL ELÉC ÉCTR TRIC ICO O EN LA PR PRO OTE TECC CCIÓ IÓN N CO CONT NTRA RA IN INCE CEND NDIO IO

257

4.2. Rociador Rociadores es La red de rociadores debe operar en forma automática y utilizar como medio de extinción del fuego, fuego, al agua. Consiste esencialmente en una red red de tuberías tuberías encubiertas encubi ertas en el falso plafón. Alime Alimentada ntada con con una presión presión específica específica y en la que se instalan regulares rociadores para cubrir el área que se desea proteger. Los rociadores están diseñados para abrirse o disparar por la acción de la temperatura circundante del rociador. rociador. Al dispararse el rociador produce una descarga de agua en forma de regadera sobre la superficie que ocasiona el calor. El rociador recomendado normalmente es de tipo bulbo que está cargado con un líquido que se dilata por el efecto del incremento de la temperatura, ocasionado por el conato de incendio, incendio, provocando la ruptura ruptura de éste (bulbo) y se abre el rociador permitiendo la salida del agua que se mantiene a presión en la tubería que alimenta el rociador. El gasto requerido por el rociador-unidad es de: 55 LPM y 5.6 M de carga en la base de la boquilla. El rociador tipo bulbo es rápido en su operación operaci ón y puede operar con temperatura desde 57 ºC a 142 ºC.

4.3. Abastecimiento de agua para la red contra incendio La alimentación de agua para la red contra incendios es partir de la cisterna general, la cual debe tener tener suficiente capacidad y volumen para este servicio, muy independiente del abastecimiento a la red general del edificio. Este volumen de agua debe ser siempre respetado y se determina por lo reglamentos específicos. Para mantener el gasto y presión del agua en la red de hidrantes y rociadores se requiere de un equipo de bombeo en operación normal y un respaldo para emergencia, por esta razón deben instalarse dos tipos de bombas: • Bomba con motor eléctrico, eléctrico, para operación operación normal. • Bomba con motor de combustión, combustión, para operación en emergencia.


258

Estos equipos se instalan normalmente al pie de la cisterna en el cuarto de bombas y se interconectan mecánicamente a través de un cabezal de descarga, como se muestra en el diagrama de flujo siguiente: !REDDEHIDRANTES Y ROCIADORES

03  





 

!GUADE ALIMENTACIØN



  



.IVELDEAGUA POTABLE .IVELDEAGUA CONTRA INCENDIOS

 

Fig. 5.1. Diagrama de flujo típico para abastecimiento de agua contra incendio.

Donde: 1. Bomba para agua con motor de combustión, operación emergencia. 2. Bomba para agua con motor eléctrico, operación normal. 3. Bomba para agua con motor eléctrico, en espera. 4. Juego de válvulas, retención y cierre o apertura, tipo bola. 5. Manómetro con válvula compuerta. 6. Cabezal agua de descarga a la red de hidrantes y rociadores. 7. Válvula retención (check). 8. Válvula de succión de agua. 9. Cisterna almacén de agua. 10. Presostato.

5. EL CONTROL PARA LA RED DE AGUA CONTRA INCENDIOS

A partir del diagrama de flujo para el abastecimiento de agua contra incendios (figura 5.1) es conveniente establecer un diagrama esquemático para facilitar el análisis del circuito de control que se desea aplicar. A continuación se establece el diagrama para este fin (figura 5.2).   

-

-  



-

 &3

03 

2EDDE DISTRIBUCIØN

 -



 (IDRANTESY ROCIADORES



Fig. 5.2. Diagrama esquemático del abastecimiento de agua contra incendio.

Donde: 1. Cisterna con agua. 2. Válvula succión de agua. 3. Bomba agua operación normal. 4. Bomba agua en espera. 5. Bomba agua con motor de combustión operación en emergencia (bomba respaldo). 6. Interruptor de flotador. 7. Manómetro. 8. Cabezal de distribución. 9. Red de hidrantes y rociadores. 10. Presostato.

259

260


De acuerdo con el diagrama esquemático (figura. 5.2) se establecen las consideraciones siguientes: Primera: la red de hidrantes y rociadores debe estar preparada para activarse cuando se presente el conato de incendio; esto significa que la red debe estar cargada (llena) y con la presión requerida (calibración de la presión en la red). Segunda: al activarse la red de hidrantes y rociadores por la operación de cualesquiera de ellos, cuando se da el conato de incendio, deben darse las condiciones de gasto y presión inyectando agua a la red con la presión requerida. En función del diagrama, figura. 5.2 y las consideraciones anteriores se diseña el sistema de control eléctrico para el abastecimiento de agua contra incendios, asumiendo las condiciones siguientes: a) Dada la importancia que tiene el abastecimiento de agua su operación debe ser automática. b) Considerar también el arranque manual para una condición por falla de operación automática. c) Debe contar con un paro de emergencia. d) El paro de las bombas debe ser automático en cualquiera de las condiciones siguientes: • Por extinción del fuego. • Por falta de agua en la cisterna. e) Debe contar con una alarma visual y sonora, y con un enlace para alarma remota en el cuadro general de las alarmas del sistema contra incendio. f) Arranque automático de la bomba con motor de combustión en la condición de falta de energía eléctrica. En función de las condiciones anteriores una solución para este proyecto de control eléctrico es el siguiente:

UNIDAD V. PROYECTO DE CONTROL ELÉCTRICO EN LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO

,

.

! 0ARO DE EMERGENCIA

/, /, -

03

Interruptor principal del sistema de control normalmente cerrado Relevador enlace bomba emergencia

2 0

261

0ERMISIBLE

&3

- -

Bomba en espera Relevador bomba enlace alarma

/, /,

Enlace tablero bomba emergencia

2 2 03 -

%NTABLEROBOMBACOMBUSTIØN

2

Motor bomba combustión emergencia Enlace e indicador visual de bomba emergencia en operación Enlace alarma sonora y visual remota (cuadro general de alarmas) Enlace alarma sonora y visual en cuadro de bombas

Análisis del diagrama de control Operación manual-automático: el circuito se diseña para operar en ma-nual y automático; normalmente opera en automático, pero se prevé su ope-ración manual para la situación de posible falla en la operación automática y se logra a través de una estación de botones “P” parar y “A” arrancar intercalando un selector de posiciones: manual-automática.

262


Arranque automático: éste se efectúa operando el selector a la posición de automático a través del contacto de presostato en normalmente cerrado. Este presostato se instala en el cabezal de agua, calibrándose a la presión indicada y la bomba para en el momento que se tiene la presión requerida y viceversa, cuando la presión es menor, arranca la bomba e inyecta agua hasta llegar a la que se necesita para volver a parar la bomba. La falta de presión será censada por el presostato cuando se tenga alguna fuga o cuando se accione un rociador o un hidrante que será la condición normal para que arranque la bomba. Paro automático: éste se efectúa por dos condiciones: la primera cuando la red de agua está presurizada lista para operar, en esta condición el contacto NC del presostato se abre por estar a la presión requerida e interrumpe el circuito de control y desernergiza la bomba. La otra, es a través del interruptor de flotador con el contacto NC interconectando en serie con el contacto NC del presostato, el cual debe abrir cuando el nivel del agua sea inferior al del interruptor del flotador, también en esta condición el circuito de control se desenergiza mandando parar la bomba de agua. Este dispositivo de control debe instalarse en el fondo de la cisterna y tiene como objeto que la bomba no trabaje en vacío cuando el agua de la cisterna se agota. Paro de emergencia: para un paro de emergencia por cualquier situación, se instala un dispositivo piloto conocido como interruptor de hongo, éste se interconecta en el circuito de control, después del interruptor manualautomático en serie. El interruptor tipo “hongo” se puede accionar con un golpe, interrumpiendo el circuito de control y con esto deja fuera de servicio todo el sistema. Bomba de respaldo o bomba en espera: la operación de la bomba en espera que se instala para respaldar a la bomba en operación normal cuando ésta falle en cualquier circunstancia y de esta forma garantizar la inyección de agua al sistema contra incendio en cualquier situación. Además, también se utiliza como apoyo en las tareas de mantenimiento de la bomba principal. El arranque de esta bomba también es automático, únicamente se necesita operar el dispositivo permisible, que es un interruptor tipo llave, que debe estar en resguardo con el personal indicado.


263

Bomba con motor de combustión para emergencias: este equipo debe operar cuando falta la energía eléctrica en el sistema de control de la red de agua contra incendio y su arranque es en automático, por medio de un enlace entre el sistema de control de la red de agua contra incendio y el tablero de control para arranque del motor de combustión de la bomba en emergencia. Lo anterior se efectúa con el revelador R1 de enlace, utilizando un contacto NC, el revelador R1 que se encuentra permanentemente energizado, por esta razón mantiene dicho contacto en condición de abierto y éste cambia a condición de cerrado justamente cuando falta la energía eléctrica; asimismo, se tiene en serie el contacto del presostato “PS1” normalmente cerrado NC. Cuando la presión es menor a la calibrada (requerida) en la red, al contacto del presostato se le mantiene en la posición NC y cambiará su condición a abierto cuando la presión llega al valor calibrado previamente. Por esto se dice que el contacto del presostato prepara el arranque de la bomba con motor de combustión y esto sucederá cuando se manifieste una baja o falta de presión en el cabezal de bombas, pues en ese momento pasa a la condición NC. Por lo anterior, si se cumplen estas dos condiciones (falta de energía y presión requerida) la bomba en emergencia arrancará y en este momento se tendrá una indicación visual a través del enlace que la bomba está operando en el sistema de control contra incendio. Las condiciones por las cuales se presenta un decremento en la presión requerida o calibrada de la red puede ser por fuga de agua en algún punto de la red o bien porque se operó un rociador o un hidrante. Alarmas: la operación de las alarmas se inicia cuando arranca cualesquiera de las bombas M1 y M2; esto es posible a través de un relevador de enlace R2, que se energiza a través de cualesquiera de los contactos auxiliares M1 y M2 de los respectivos arrancadores de las bombas. Al energizarse el circuito de control de las bombas se cierran los contactos auxiliares y energizan al relevador R2; cerrando éste en forma instantánea sus contactos R2 y éstos activan las alarmas tanto sonoras como visuales, dando aviso de que existe conato de incendio. Las alarmas normalmente se encuentran en el cuarto de bombas y las remotas que pueden instalarse en la central de vigilancia o en la gerencia del administrador del edificio, también se pueden instalar en ambos puntos, dada la importancia que tiene un sistema contra incendio.

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6. EJERCICIO

Explique qué condiciones se deben cumplir para operar la bomba con motor de combustión en función de respaldo a las bombas con motor eléctrico. Se asume que no hay conato de incendio y por alguna razón las bombas con motor eléctrico están fuera de servicio. Una solución es la siguiente: Primero: se opera el botón pulsador tipo hongo que tiene la función de paro de emergencia y con esto quedan fueran de servicio las dos bombas con motor eléctrico y además se pide la llave del interruptor que tiene la función permisible para evitar una sorpresa cuando se restablezca el sistema del control. A continuación se ilustra esta operación.

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, )NTERRUPTOR PRINCIPAL DENTRO

0

2

! -AN -

!UT 03

&3

Interruptor principal del sistema de control

#ONDICIØN 0ARODEEMERGENCIA OPERADO -

Bomba operación normal fuera

- 0ERMISIBLELLAVE ENCUSTODIA

Bomba en espera fuera

Fig. (a). Operación paro emergencia.

265


266

Esta operación, además de cumplir con dejar fuera de operación a las bombas con motor eléctrico, deja fuera las alarmas del sistema, pues nunca se energizará el relevador R2 de enlace alarmas. Como se verifica en la ilustración siguiente: #ONDICIØN #ONTACTOAUXILIARDEL ARRANCADORBOMBAOPERACIØN NORMALMENTEABIERTO 2 -

- 2

2

2ELEVADOR ENLACE ALARMASNO ENERGIZADO

%NLACEALARMA SONORAYVISUAL REMOTAvFUERAv

%NLACEALARMA SONORAYVISUALEN CUARTODEBOMBAS vFUERAv

Fig. (b). Operación alarmas fuera.

Segundo: como no existe conato de incendio en el inmueble, es necesario crear la condición de un decremento en la presión de la red. Esto se logra de una manera sencilla, operando uno o dos hidrantes con los cuales se efectúa un simulacro de incendio tirando agua a través de ellos; produciendo con ello una pérdida de presión en la red contra incendio, lo cual es detectado por el presostato instalado en el cabezal de bombas y sus contactos NC que en principio se encuentran abiertos por la condición de tener la presión requerida, se cierran porque la condición ha cambiado al producirse una falta de presión en la red, preparando el arranque de la bomba en emergencia. A continuación se ilustran estas condiciones:


,

267

.

#ONDICIØN )NTERRUPTOR #ONDICIØN 2ELEVADOR ENERGIZADO

PRINCIPALCERRADO

2ELEVADOR

2

ENLACEBOMBA ENEMERGENCIA

#ONDICIØN

#ONTACTO

0ÏRDIDAOFALTADE

ABIERTO

PRESIØNCONTACTO NORMALMENTECERRADO

%NLACETABLERO 03

2

BOMBAEN EMERGENCIA

(ILOSDEENLACE

Fig. (c). Circuito de enlace preparado para arrancar bomba en emergencia.

Tercero: con el circuito de enlace interconectado al tablero de arranque de la bomba en emergencia, se opera el interruptor principal de alimentación al sistema de control de la red a la posición fuera de servicio y con esto se desenergiza todo el sistema principalmente el relevador R1 denominado relevador enlace bomba emergencia y automáticamente el contacto R1 normalmente cerrado, que tiene la función de enlace y se encuentra interconectado con el tablero de la bomba en emergencia, cambia su condición de abierto a cerrado efectuándose el arranque de dicha bomba. El relevador R1 y su contacto NC son parte del sistema del control contra incendio y físicamente se programan en el controlador lógico programable (PLC); pero su salida y entrada se cablean al tablero de control de la bomba con motor de combustión donde se interconectan al circuito principal de arranque de la bomba en emergencia. Esto algunos lo denominan o lo conocen como entrelace entre dos tableros o dispositivos de control. En el diagrama de control eléctrico siguiente se ilustra esta condición.


268 ,

.

#ONDICIØN )NTERRUPTOR PRINCIPALFUERA DESERVICIO

#ONDICIØN 2ELEVADOR DESENERGIZADO

2ELEVADOR ENLACEBOMBA ENEMERGENCIA

2 #ONTACTO PRESOSTATO CERRADOPOR FALTADEPRESIØN

)NTERRUPTOR PRINCIPALDEL SISTEMADE CONTROL

#ONTACTO CERRADO

03

2

-ANDAARRANCAR BOMBADE COMBUSTIØN

(ILOSDEENLACE

Fig. (d). Operación arranque bomba en emergencia.

La secuencia anterior es la que se debe observar o seguir cuando se aplica la rutina para probar el arranque de la bomba de combustión en un sistema contra incendio. La programación para efectuar esta rutina, es decir, el número de veces que se tiene que efectuar al año, lo determina la gerencia administrativa del inmueble, se hace generalmente una vez al mes. Es necesario para tener siempre listo el sistema contra incendio.


Corolario:

En una situación real de conato de incendio, normalmente se disparan los rociadores y descargan agua en forma de regadera, esto será suficiente para registrar un decremento de presión por abajo del valor calibrado en la red y con esto cerrar los contactos “NC” del presostato “PS1”, arrancando la bomba de operación normal pues a través de la reposición del agua se trata de restablecer el valor de la presión calibrada en la red. Asimismo prepara el arranque de la bomba en emergencia y si se presenta una falta de energía en el sistema de control de la red contra incendio, arrancará la bomba en emergencia y de esta manera se tratará de salvaguardar el edificio inteligente y la vida de sus usuarios.

269

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UNIDAD VI

LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y EL AHORRO DE ENERGÍA


Al principio de la unidad se plantea el objetivo de introducir al lector en un nuevo concepto de alumbrado, denominado: iluminación inteligente. El cual conjuga la aplicación de luminarios más eficaces, lámparas ahorradoras de energía y la automatización de la iluminación, ofreciendo como resultado el ahorro de energía, incremento de productividad y bajo costo en la operación y mantenimiento. Como consecuencia de lo anterior se vinculan conocimientos sobre los avances tecnológicos en alumbrado, materializados en una nueva generación de lámparas ahorradoras de energía, haciendo énfasis del impacto que ha tenido la electrónica en este campo y en los dispositivos de control para la iluminación. También se propone que el lector adquiera conocimientos sobre los nuevos parámetros en el diseño de la iluminación para oficinas modernas, como: alto desempeño, confort, ambiente y rendimiento de color que conllevan a una reacción positiva en las personas, reflejándose en una mayor productividad; asimismo, que tenga conocimiento de las diferentes lámparas ahorradoras de energía que el mercado nacional ofrece. Otra finalidad es conocer información sobre los nuevos dispositivos de control para la iluminación que ofrece el mercado y recomendaciones genéricas de aplicación para lograr la automatización de los sistemas de iluminación todo ello formando parte del concepto de “edificio inteligente”.

271

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1. LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE EN EL CONTEXTO GENERAL DE LA ILUMINACIÓN

Actualmente las sociedades de los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo están experimentando grandes cambios en todos los campos tecnológicos y la iluminación no es la excepción. En los últimos años, han evolucionado a tal grado los conceptos de oficina electrónica (fax, módem, computadora, etc.) y edificio inteligente, que la iluminación de la oficina moderna se ha convertido prácticamente en una ciencia especial y diferente dentro del contexto general de la iluminación. En consecuencia, la oficina inteligente se ha convertido en una área de aplicación especial que también requiere de diseños especiales en sistemas de iluminación. Una influencia definitiva o muy importante para el diseño y aplicaciones para los sistemas es la creciente necesidad de ahorrar y conservar energía eléctrica, por lo tanto, si se desea cumplir con este objetivo es necesario y conveniente atender las alternativas que existen para controlar la iluminación, así como la aplicación de fuentes luminosas y luminarias que involucran nuevas tecnologías.

1.1. ¿Qué es la iluminación inteligente? La iluminación inteligente juega un papel muy importante para lograr los objetivos de las empresas, las cuales han descubierto que una mejor iluminación produce mejoras a largo plazo en el desempeño y en la moral del trabajador, minimiza errores, reduce el abstencionismo, aumenta la calidad de los productos y servicios, y logra grandes ahorros en el consumo de energía eléctrica. De acuerdo con el concepto anterior una iluminación inteligente debe reunir y cumplir los parámetros y condiciones siguientes: • Generar productividad. • Bajo costo de mantenimiento. • Ahorro de energía.

273


274

La iluminación inteligente logra: • Generar un alto desempeño en la actividad de la oficina (incremento de la productividad). • Producir un confort y ambiente en los usuarios. • Reducir costos económicos en el mantenimiento y operación. • Generar un gran ahorro de energía. Como la iluminación inteligente es responsable de incrementar la productividad, al diseñar e instalar un sistema de estas pretensiones debe tomarse en cuenta la cantidad de luz adecuada, ya que está comprobado que mejorando la visibilidad del área de trabajo se incrementa la productividad de los empleados y se disminuye la fatiga y el número de errores. El efecto de la iluminación en la productividad se ilustra en la siguiente figura:

1.2. La ecuación de la iluminación inteligente Los componentes, parámetros y condiciones que se han mencionado para tener una iluminación inteligente se resumen en la forma siguiente: Esto implica que: Li = Le + Lae + A ,UMINARIOS CON UN ALTO GRADO DE EFICIENCIA



.UEVAS LÕMPARAS AHORRADORAS DE ENERG¤A



!UTOMATIZACIN



)LUMINACIN INTELIGENTE

UNIDAD VI.LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y EL AHORRO DE ENERGÍA

275

Donde: Li Le Lae A

= = = =

Iluminación inteligente. Luminario eficaz. Lámpara ahorradora de energía. Automatización.

Para efecto de este texto lo anterior significa que la ecuación de la iluminación inteligente se interpreta como: Proporcionar luz artificial en la cantidad adecuada donde y cuando se necesite, asimismo, eliminarla cuando no se desea y con la calidad adecuada para lograr el confort, ambiente para producir un alto desempeño de los usuarios.

Corolario: Cuando se proyecta una iluminación con luminarias eficaces que incluyen lámparas ahorradoras de energía y además se adiciona una automatización adecuada, se logra tener una iluminación con bajo costo y un gran ahorro de energía en relación con una iluminación convencional; pero si además incluye la cantidad de luz con calidad adecuada en consecuencia, también se obtiene un incremento en la productividad por parte de los usuarios.

1.3. Impacto del ahorro de energía en la iluminación Normalmente la iluminación representa sólo una parte del total de la electricidad utilizada en una instalación típica, pero siempre es el primer objetivo que se busca cuando se requieren tomar medidas para ahorrar energía eléctrica, es entonces cuando surgen criterios equivocados como: • Reducir los niveles de iluminación de los mínimos requeridos a efecto de tener menos luminarias en operación.


276

• Otro es optar por luminarias convencionales considerando únicamente la inversión inicial en lugar de invertir en equipos de iluminación ahorradores de energía eléctrica. Lo anterior resulta totalmente contraproducente, pues estos supuestos beneficios se contrarrestan por una baja productividad de los empleados y por un incremento en los costos de operación y mantenimiento. Al diseñar un sistema de iluminación para un edificio bajo el concepto de inteligente se debe considerar:

Costo inicial vs. costo de operación + costo de mantenimiento Es decir, el costo inicial incluye el costo del equipo, colocación e instalación contra el costo de operación producido por el consumo de energía eléctrica y el costo de mantenimiento donde incide principalmente la vida de la fuente luminosa. Actualmente es posible ahorrar hasta 75% en el consumo de energía con la aplicación de lámparas ahorradoras de energía eléctrica y la automatización de la iluminación en comparación con equipos tradicionales, sin que ello signifique sacrificar los niveles de iluminación establecidos para desarrollar cada tarea deseada o especificada. A continuación este concepto se ilustra con la gráfica, productividad y niveles de iluminación.

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Productividad y niveles de iluminación.


277

Corolario: La anterior consideración (costo inicial vs. costo de operación + mantenimiento); y el conocimiento de fuentes luminosas ahorradoras de energía con la aplicación adecuada de la automatización en la iluminación, siempre impactarán positivamente en la decisión del diseño de la iluminación en un edificio inteligente o bien en cualquier otro inmueble, sin menoscabo del nivel de iluminación.

Impacto ambiental : además, con sistemas de iluminación eficientes se obtiene un beneficio en el medio ambiente, que se manifiesta al disminuir el consumo de energía pues consecuentemente se disminuye la generación de energía eléctrica del país, de tal forma que, si todas las empresas y negocios aplicaran productos más eficientes, se lograría ahorrar energía aproximadamente hasta 50%, esto significa retardar la instalación de nuevas plantas generadoras del tipo: carboeléctricas, termoeléctricas y turbojet. Las cuales, para su operación, utilizan combustibles pesados y contaminantes por el tipo de emisión que producen. Por lo anterior se podría obtener una reducción estimada en los niveles de “Bióxido de azufre (SO2) de 7 a 5 % y en el bióxido de carbono (CO2), que son la principal causa de la lluvia ácida”; todo esto según la agencia de protección ambiental (epa), por lo cual gradualmente se está cambiando el clima global; esto es conocido como: efecto invernadero.

Corolario: Sin tratar de profundizar más en la explicación del párrafo anterior, inmediatamente se acota que el ahorro de energía eléctrica también genera un impacto positivo en el medio ambiente y en consecuencia no se puede soslayar.

278


1.4. Consideraciones sobre nuevos parámetros en el diseño de la iluminación para oficinas modernas Al considerar el diseño y selección de los sistemas que se tienen para oficinas modernas y nuevos parámetros para determinar los distintos efectos y combinaciones para cada una de las áreas específicas que se desea diseñar se incluyen los siguientes:

Alto desempeño: actualmente la iluminación se considera tan importante como cada uno de los elementos que interactúan dentro del espacio de una oficina, por ejemplo, equipo de cómputo, sistema de comunicación, mobiliario, etc., ya que afecta directamente el comportamiento y la calidad del trabajo de los empleados. Con una adecuada y correcta iluminación la gente trabaja mejor, con más rapidez y menos errores; esto impacta en una mejor moral, menor ausentismo, productos y servicios de mejor calidad contribuyendo sustancialmente a mejores resultados de la empresa.

Aspecto de una oficina con bajo nivel de iluminación, poco confort. Por lo anterior, el primer punto por considerar al realizar el diseño es la cantidad de luz (nivel de iluminación en luz) que se requiera para cada caso, pero estará también en función del tamaño del material con que se está traba jando, el contraste entre las tareas por desarrollar y el contorno del lugar, la luminancia del objeto (la brillantez que percibe el ojo humano), la velocidad con que tiene que ejecutar la tarea (a mayor velocidad mayor iluminación) y la edad del individuo (se toma la edad promedio del grupo), principalmente para obtener una garantía de alto desempeño.

UNIDAD VI.LA ILUM ILUMIN INAC ACIÓ IÓN N INTE INTELI LIGE GENT NTEE Y EL AHOR AHORRO RO DE ENERG ENERGÍA ÍA

279

Aspecto de una oficina ofici na confortable, el rendimiento es clave en los negocios negocio s actuales.

Confort . Un empleado empleado desempeña mejor sus sus tareas cuando cuando se siente en un lugar agradable agradable y confortable confortable;; para esto la iluminac iluminación ión juega un papel importante de la misma manera que lo hace la temperatura (aire acondicionado cionado). ). Una buena buena iluminac iluminación ión propi propicia cia el sentid sentido o del bienesta bienestarr, y la seguridad provoca que la gente esté esté alerta y atenta a sus actividades. Pa Para ra tener un efecto confortable confortable y productivo productivo que evite la la fatiga visual provocada provocada por la adap adapta taci ción ón del ojo ojo humano humano al al espaci espacio o ocupado ocupado;; se debe debe consi considera derarr el rendimiento de color (CRI) de las lámparas y la relación de iluminación del área de trabajo con respecto al al de las áreas circundantes. circundantes. Esto implica que una adecuada iluminación deberá ser aquella que representa con fidelidad los colores del espacio ocupado y de la tarea en la cual no hay mucha diferencia en los niveles de luz de dos áreas adyacentes.

Índice de rendimiento de color ( CRI capacidad que que tiene tiene una lámlámCRI). Es la capacidad para para reproducir fácilmente los colores de los objetos y es un factor importante importante por considerar considerar en cualquier cualquier aplicación de iluminación. iluminación. El CRI se mide en una escala de 0 a 100. La luz del Sol (luz natural) natural) y la luz de una lámpara incandescente tienen CRI de cien. Es importante señalar que los objetos y personas iluminados con un alto CRI se ven más naturales, y además presenta la sensación de un nivel nivel de iluminación superior. superior.

280

EL CONT CONTRO ROLL ELÉC ELÉCTR TRIC ICO O EN LOS LOS SIST SISTEM EMAS AS DE EDIF EDIFIC ICIO IOSS INTE INTELI LIGE GENT NTES ES

Las fuentes de luz blancas y brillantes o azuladas tienen una temperatura de calor superior a los 3 600 °K, se les conoce como luz fría y se utiliza utiliza en áreas indust industrial riales, es, oficina oficinas, s, hospit hospitale ales, s, etcéte etcétera. ra. Las fuentes de luz rojizas o amarillentas tienen una temperatura de calor inferior a los 3 400 °K, se denomina luz cálida y se aplica en ambientes de hospitalidad pitalidad y confort; confort; por ejemplo, ejemplo, tiendas de ropa, ropa, hogar, hogar, restaurant restaurantes. es. Fuentes de luz con temperatura de 3 500 °K se consideran neutras y se usan en en lugares lugares de trabajo trabajo como como oficinas, oficinas, salas, salas, bibliotecas, bibliotecas, escuelas. escuelas.

Gráfica de la temperatura de color de algunas lámparas (cortesía de PHILIPS).

Ambiente: los diferentes diferentes tipos de iluminación pueden modificar modificar la ambientación bientación del lugar donde se trabaja, logrando una respuesta emocional del individuo que ocupa dicho lugar. lugar. Para esto esto es necesario seleccionar adecuadaadecuadamente la temperatura temperatura de color (medida en grados Kelvin = ° K ) de las diferentes lámparas que se instalarán para evitar diferencias notables entre éstas. Asimismo Asimismo,, una adecuada adecuada acentua acentuación ción en ciertos ciertos espacios espacios escogidos escogidos ayuda ayuda a concentrar concentrar la atención en objetos decorativ decorativos os (cuadros, (cuadros, figuras, figuras, plantas, etc.) dando un estilo personalizado al lugar. lugar.

UNIDAD VI.LA ILUM ILUMIN INAC ACIÓ IÓN N INTE INTELI LIGE GENT NTEE Y EL AHOR AHORRO RO DE ENERG ENERGÍA ÍA

281

Por lo anterior se debe tener mucha mucha atención, particularmente cuando se comienzan a remplazar las lámparas que han llegado al término de su vida, no se deben variar las las especificacion especificaciones es originales originales del diseño, diseño, porque porque si ello ocurre, se tendrá como consecuencia consecuencia una falta de uniformidad que demeritará la buena ambientación del lugar o local en cuestión.

Oficina ejecutiva, ejecutiva, ambientada. ambientada.

Corolario:

La correcta selección de la temperatura del color en la función luminosa produce una respuesta emocional positiva en las personas.

hoja blanca p.282

2. LA ELECTRÓNICA Y SU IMPACTO IMPACTO EN LA ILUMINACIÓN ILUMINACIÓN

El desarrollo de fuentes de luz artificial ar tificial y de los dispositivos dispo sitivos para controlarlas, hoy en día es de innovación constante. constante. Durante los últimos 20-25 años se han desarrollado espectacularmente nuevas tecnologías en el campo de fuentes luminosas artificiales produciendo una nueva generación de lámparas con igual o más potencia que las convencionales, convencionales, pero con un considerable ahorro ahorro de energía eléctrica en su operación, dando por resultado resultado lámparas más eficaces; esto en gran parte se debe a la aplicación de los avances obtenidos en la electrónica, y algunos de ellos se han aplicado en el campo de la iluminación iluminación artificial. Otro aspecto es la aparición de controles electrónicos y dispositivos de este tipo, tipo, con el desarrollo desarrollo de una nueva nueva generación generación de lámparas, lámparas, balastros balastros y luminarios, se ha logrado reducir el consumo de energía eléctrica sin tener tener que sacrificar la cantidad de luz emitida por los sistemas tradicionales; asimismo, permiten lograr un control control absoluto absoluto de la iluminación con el objeto de proporcion proporcionarla arla exactamente exactamente dónde, dónde, cuándo cuándo y en la cantidad necesaria, necesaria, lo que se traduce en un un aprovechamiento aprovechamiento óptimo y, y, por lo tanto, tanto, en un mayor mayor ahorro en el consumo de energía. A continuación se presenta un bosquejo de cómo ha influido la electrónica en: • La evolución de las principales fuentes luminosas. • En el control de la iluminación. • Balastros para lámparas fluorescentes.

283

EL CONT CONTRO ROLL ELÉC ELÉCTR TRIC ICO O EN LOS LOS SIST SISTEM EMAS AS DE EDIF EDIFIC ICIO IOSS INTE INTELI LIGE GENT NTES ES

284

2.1. Evolución de las principales fuentes luminosas artificiales

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2.2. Desarrollos Desarrollos constantes constantes

Aunque muchos de los principios de funcionamiento de las lámparas ya se conocían desde hace hace tiempo, el problema principal consistía en cómo mejorar los diseños, diseños, de tal forma que que se pudieran producir producir en forma forma masiva, masiva, manteniendo el mayor mayor beneficio para el usuario, tratando de obtener: • Mayor duración. • Mayor cantidad de luz emitida. • Más compactas. • Menor generación de calor (abate el consumo de energía en los sistemas de aire acondicionado). • Mayor versatilidad. • Operación más confiable.


285

Algunos de los diferentes tipos de desarrollo se presentan a continuación: • Iluminación por inducción. Utiliza la combinación de dos principios ya conocidos: • Inducción electromagnética. • Descarga de gas. A través de un devanado, una corriente eléctrica de alta frecuencia induce una corriente en el gas de relleno causando una ionización, con lo que el gas de relleno representa el devanado secundario. Sus componentes son: • Circuito electrónico (generador de frecuencia). • Antena (acoplador de potencia). • Gas de descarga a baja presión. No utiliza electrodos ni filamentos. Beneficios: • Trabaja a alta frecuencia, más eficiente. • No existen elementos con vida limitada (como es un filamento de tugsteno) en una lámpara convencional. • La vida depende de los componentes electrónicos. • Mantenimiento fácil (se cambia toda la unidad). • Encendido sin chispazos. • Máximo flujo luminoso desde el arranque. • No hay efecto estroboscopio. • Variaciones de voltaje, no afectan al sistema. • Luz confortable similar a la incandescente. • Se puede regular la salida de luz.

Transformadores para lámpara halógenas

Magnéticos: utilizan un devanado de cobre alrededor de un núcleo de acero que es inductivo por naturaleza (almacena energía en forma de un campo magnético). Son grandes y pesados.


286

Electrónicos: utiliza un circuito electrónico que es capacitivo por naturaleza (almacena una carga eléctrica). Son pequeños y ligeros.

Balastro para lámparas fluorescentes convencionales Se tienen dos tipos de circuitos:

Arranque rápido: calienta los electrodos de las lámparas antes de establecer el arco y así los mantiene en toda su operación.

Arranque rápido modificado: elimina el calentamiento de los electrodos por lo que consume menos energía, pero puede acortar ligeramente la vida.

Arranque instantáneo: usa un pulso mayor de voltaje para arrancar la lámpara sin calentar los electrodos. Se utiliza más para balastros de tres y cuatro lámparas. Es conveniente cuando se tiene un tiempo de operación largo sin interrupciones continuas.

Balastros electrónicos para lámparas fluorescentes

Ventajas: tiene menor peso, menor ruido, operan en frío, son más versátiles eliminan el parpadeo, etc. Funcionan mediante la conversión de la frecuencia de operación de 60 Hz a frecuencias de entre 20 000 hasta 60 000 hertz. Tipos principales:

Discretos: consisten en componentes electrónicos separados que hacen las funciones de arranque y protección.

Circuito integrado: incluye un chip que actúa como cerebro para controlar todo lo integrado a la operación del balastro.

Circuito integrado dimeable: igual al anterior con la modalidad de poder variar la salida de luz dimeable de la lámpara.


287

2.3. Aplicación de la electrónica en el campo de la iluminación A continuación se presentan las principales aplicaciones en las fuentes de alumbrado y los controles desarrollados para controlar la iluminación. &5%.4% ,5-)./3!#/.42/,!",%

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#ONTROLADOR DE ESCENAS DEFINIDAS

Detectores de presencia • Infrarrojos pasivos : reacciona hacia fuentes de energía, tales como la del cuerpo humano al detectar su diferencia con el espacio que lo rodea. Al dividir la zona en partes evitan errores. • Ultrasónicos: emiten ondas ultrasónicas y miden el tiempo en que retornan al sensor. Tienen un emisor con varios receptores. • Duales (mixtos): combinan ambas tecnologías para mayor exactitud. Funciona sólo cuando los dos tipos de detección reciben la señal.

288


Lámparas incandescentes inteligentes • Auto-off (apaga automáticamente ): se apaga automáticamente después de N tiempo de encendido; se instala un chip programado con el tiempo deseado en la base de la lámpara. • Dimmer : proporciona cuatro diferentes niveles de luz sin necesidad de un dimmer externo. (100-70-40-20w). • Back-up: Contiene un filamento adicional que da una luz de emergencia (90w). Ninguna requiere de socket especial o controles externos, por lo que se consideran de tecnología amigable.

3.TIPOS DE LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

Las constantes investigaciones sobre nuevas fuentes de luz artificial persiguen dos objetivos fundamentales: incrementar el rendimiento luminoso e igualar el color de la luz artificial a la luz natural. Las lámparas ahorradoras de energía son producto de este desarrollo tecnológico en el renglón de la iluminación. Dentro de la nueva gama de lámparas que se aplican al concepto de edificio inteligente, están las siguientes: Lámparas ahorradoras de energía más comunes: • Lámparas de bajo voltaje. • Lámparas fluorescentes compactas. • Lámparas fluorescentes con balastro electrónico. • Lámparas de energía de alta intensidad con halógenos metálicos.

289


290

3.1. Lámparas halógenas de bajo voltaje

Descripción: es una lámpara reflectora de vidrio prensado y bulbo con halógeno encapsulado de alta eficiencia y gran flujo luminoso que ahorra energía y a la vez suministra un haz de luz de alta calidad y de gran precisión. Estas lámparas principalmente tienen tres presentaciones a conocer:

par - 38

par - 16

par - 20/30

Características generales de la par 38: Las lámparas halógenas aventajan a las incandescentes convencionales, debido a las siguientes características: • Las lámparas par 38 de 45w, 60w, y 90w, tienen un bulbo halógeno encapsulado, con un filamento doble espiral izado y base roscada con faldón. • Son de alta eficiencia gracias a su exclusivo sistema óptico y a la alta tecnología desarrollada en el diseño del reflector; por lo que al sustituir a lámparas reflectoras convencionales de mayores consumos (60w vs 75w; 60w y 90w vs 150w) se logra un importante ahorro de energía manteniendo el nivel de iluminación y la alta calidad de luz. • Luz más blanca y brillante que realza los objetos iluminados. • El flujo luminoso y la temperatura de color se mantienen constantes durante toda su vida, ya que no se ennegrece el bulbo. • Mayor eficiencia. • Son de construcción robusta, resistente a la intemperie.


291

Características generales de la par 16: • La lámpara par 16 es un reflector halógeno de 51 mm de diámetro, con casquillo rosca y opera a 120v. De esta manera se elimina la dificultad de tener que usar soquets especiales y transformadores, como los que requieren otras lámparas halógenas compactas, tal como la dicrónica simplificando notablemente su instalación. • El cuerpo de cerámica fija el bulbo halógeno garantizando que el filamento permanezca en el punto focal del reflector, con lo que se logra tener un preciso control del haz luminoso, siendo éste intenso, brillante, homogéneo y constante durante toda la vida útil de la lámpara. • Las lámparas par 16 de 40w y 60w, son más eficientes en comparación con otras de su tipo en el mercado, incluyendo el tipo JDR. El ahorro de energía que se obtiene con las Masterline al sustituir a las par 16 convencionales de 55w y 75w es de 27% a 20% suministrando la misma cantidad de luz.

Aplicación: en vestíbulos con luz complementaria, pasillos y escaparates. Características generales de la par 20/30: • Diseñadas con un reflector especial, que junto con el lente, forma un sistema de reflexión que controla y define con precisión el haz de luz. El bulbo halógeno está encapsulado y posicionado óptimamente en el punto focal del reflector. • Opera a 130v y tiene un base roscada, por lo que es un remplazo directo de lámparas reflectoras R20 y R30 convencionales. • La lámpara par 30 es la única de su tipo en el mercado fabricada con un cuello largo, con lo que se puede aplicar sin necesidad de usar ningún adaptador, ajustándose a las dimensiones de los luminarias para lámparas R30, y optimizando la salida de luz. • Las lámparas par 20 y par 30 son de alta eficiencia y proporcionan con el mismo o menor consumo de energía, una mayor cantidad que las reflectoras convencionales.

292


Aplicación: en jardines interiores y exteriores, escaparates y auditorios/ salones como alumbrado suplementario.

3.2. Lámparas fluorescentes compactas

Definición: es una lámpara fluorescente compacta ahorradora de energía de alta eficiencia, formada por tubos compactos, recubiertos internamente por fósforos tricromáticos que proporcionan un mayor flujo luminoso con mejor rendimiento de color y una apariencia similar a las lámparas incandescentes.

Diferentes tipos de lámparas fluorescentes compactas (cortesía de Osram).

Funcionamiento: los dos tubos fluorescentes de 10 mm de diámetro, unidos en su parte superior por un puente, por el que se establece la descarga entre ambos electrodos. Entre dicho puente y el extremo de los tubos se deja un volumen libre con el que se logra mantener a menor temperatura el extremo de la lámpara, facilitando la descarga eléctrica y maximizando el flujo luminoso.


293

Componentes de la lámpara fluorescente compacta Tubo fluorescente compacto

Polvo fluorescente tricromático

Plato de montaje Clips de fijación Balastro electrónico

Cuerpo de policarbonato

Casquillo roscado E-26 (Cortesía PHILIPS).

Características generales La lámpara fluorescente compacta es de alta eficiencia, excelente rendimiento de color y larga vida, son ideales para remplazar a las lámparas incandescentes normales, ya que proporcionan una luz cálida y confortable, logrando un nivel de iluminación similar, pero con un consumo de tan solo una cuarta parte de las incandescentes, lo que significa un ahorro de hasta 75% de energía, comparativamente con la incandescente, sin sacrificar la cantidad, ni la calidad de la luz; llegando a durar 10 veces más.


294

Lámparas fluorescentes compactas

El/015

El/018

Twister

PLE/U

PLE/T

Circular

SLS/R30 SLS/R30

SLS

PLS1

PLS13

DECO

PL-S

PL-C

Ambiance SLE

PL-L

Bullet

Prismática SLE

PL-T

Gama de lámparas fluorescentes que ofrece el mercado (Cortesía PHILIPS).

Aplicaciones en edificios inteligentes • • • •

Baños. Pasillos. Privados. Oficinas.

Ventajas (sobre la lámpara incandescente) • • • •

75% de ahorro de energía. Diez veces más de vida promedio. Luz más cálida y confortable. Menor costo de mantenimiento.

Desventajas • Inversión inicial superior, pero amortizable en corto tiempo. • Menor costo de mantenimiento.


295

3.3. Lámparas fluorescentes ahorradoras de energía Las lámparas fluorescentes y balastros electrónicos representan un gran adelanto tecnológico en iluminación, ya que tienen una eficiencia mayor que las lámparas convencionales con balastros electromagnéticos, diseñadas específicamente para satisfacer la creciente necesidad de ahorro de energía, tienen las mismas dimensiones que las lámparas equivalentes normales, utilizan el mismo casquillo y se pueden colocar con los mismos balastros electromagnéticos (a excepción de los llamados de baja energía o económicos); lo que significa que son totalmente intercambiables.

Característica general Debido a la inclusión de una nueva mezcla de gases en su interior y a los polvos fluorescentes que la recubren, se consigue la misma cantidad de luz que las lámparas convencionales, logrando con esto ahorrar hasta 23% en el consumo de energía. Estas lámparas, al conectarse con balastros electrónicos, se consigue un incremento en el ahorro de energía hasta de 37% durante su operación, sin sacrificio del nivel de iluminación. Tamaño tubos TL: la forma y el tamaño del bulbo es designado por una o varias letras seguidas de un número. La letra indica la forma del bulbo mientras que el número indica el diámetro del bulbo en octavos de pulgadas. Por ejemplo: T12 indica una forma T tabular con un diámetro de dos octavos de pulgada (1.5 pulgadas). Las siguientes ilustraciones son las más comunes, en cuanto a forma y dimensiones del bulbo. T8,2 Pines

T12,Contactos embutidos,HO

T10,2 Pines

T8,slimline

T12,2 Pines

T12,slimline

T-9

T-8-U Bent,2 Pines

T-12-U Bent,2 Pines

Gama de tubos fluorescentes ahorradores de energía que ofrece el mercado (Cortesía de PHILIPS).


296 Campo de aplicación:

Las lámparas fluorescentes ahorradoras de energía eléctrica son ideales para aplicarse en: • Escuelas. • Edificios de oficinas. • Industrias. • Hospitales. • Centros comerciales. • Laboratorios. • Pasillos de circulación. Y en general donde se requiera de alumbrados generales y se busque el ahorro de energía durante su operación.

Equivalencia y ahorro vs una lámpara convencional

Lámparas ahorradoras de energía

Convencional

Ahorro de energía

34w. Arranque rápido

40w. Arranque rápido

15 %

60w. slim line

75w. slim line

20 %

La anterior equivalencia es con lámparas fluorescentes ahorradoras de energía sin balastro electrónico (ahorrador de energía).

3.4. Lámparas de halogenuros metálicos Características generales: alta economía y bajo costo operacional, óptimo rendimiento luminoso, hasta 85 lúmenes/wat , sin desperdicio de energía, con elevado factor de reproducción de colores, posee las mismas características de


297

luz del día y la misma composición que la luz natural, no altera los colores de los objetos, tiene la enorme ventaja del rendimiento inmediato en estado caliente, ya que cuenta con un dispositivo de encendido especial.

Lámpara de halogenuros metálicos tipo HQI de Osram (Cortesía de Osram). Datos técnicos de las lámparas de halogenuros metálicos Aplicación típica de una lámpara HQI (Cortesía de Osram)

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298

Aplicaciones: son ideales para la iluminación interna y externa. En el edificio inteligente se aplica para la iluminación de: • • • •

Auditorios. Salas. Estacionamientos bajo techo. Vestíbulos.

En el exterior: • Monumentos. • Jardines. • Fachadas a gran altura.

Ventajas: • Reducción de costos con la lámpara de 150w, hasta un 25% en comparación con una incandescente. • Reducción en costos con lámparas de 70w, hasta un 33%, en comparación con una incandescente.


299

• Corto tiempo de amortización al modificar una instalación existente con lámpara de 150w, aproximadamente en un año se amortiza. • Con una lámpara de 70w, se logra la amortización en dos años.

Desventajas: • Esta lámpara sólo se puede poner en funcionamiento en luminarios con vidrio protector de silicato. En materiales sensibles a la luz se recomienda usar un filtro ultravioleta.

hoja blanca p.300

4. BALASTROS AHORRADORES DE ENERGÍA

Los balastros que aplican con lámparas fluorescentes ahorradoras de energía son:

4.1.Tipo de balastro • Balastro electromagnético eficaz. • Balastro electrónico con control para flujo luminoso. • Balastro electrónico.

4.2. Características generales

Electromagnético : • Se usa en lámpara estándar o en ahorradora de energía. • Ahorro de energía hasta un 25 por ciento. • Menor temperatura de operación. • Se aplica en lámparas de 2 × 34w o 2 × 40w y 2 × 60w o 2 × 75w (slim line).

Electrónico: • Ahorro de energía hasta 37 por ciento. • Diseño electrónico con circuito integrado. • Menor ruido; sólo produce 25% del ruido electromagnético. • Aplica en lámparas de arranque rápido: 34, 40, 39, 35w. T-12; 32, 36,w. T-8 y curvalume de 40watt.

301


302

Electrónico para control de flujo: • Idéntico al electrónico, pero además tiene control sobre el flujo luminoso de una lámpara. • Control sobre una variación de 20 a 100% del flujo luminoso. • Ahorro de energía superior a 37%, aproximadamente.

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5. CONTROL DE LA ILUMINACIÓN

Mediante la aplicación de sofisticados dispositivos electrónicos en el control de la iluminación se ofrecen mayores posibilidades que el simple encendido y apagado; además, estos dispositivos permiten la variación dinámica de los niveles de iluminación, obteniendo distintos efectos visuales, así como mejorando la seguridad y el manejo adecuado en el uso de la energía eléctrica. Considerando la ecuación de la iluminación inteligente: Li = Le + Lae + A Donde: Li Le Lae A

= Iluminación inteligente = Es el o los luminarios eficaces = Lámpara ahorradora de energía = Automatización o el control de la luz

Lo cual en términos de control implica proporcionar la cantidad apropiada de iluminación en el lugar cuando se necesite, y eliminarla cuando no se necesita o no se desea. Esto es en forma general; pero en el control de la luz, también se deben considerar los nuevos parámetros y perspectivas para obtener diferentes efectos y combinaciones en los locales de un edificio inteligente como son: alto desempeño, confort, ambiente y eficiencia; asimismo el grado de control de la iluminación cuando se desea tener; sin pasar por alto el tipo de tarea por desempeñar, cantidad de luz natural que se recibe, cantidad de tráfico de personas, imagen deseada, nivel de la persona y las tareas múltiples a desempeñar para cumplir con el concepto de “iluminación inteligente”, a continuación se consideran estos factores y los dispositivos de control.

303


304

5.1. Parámetros por considerar en función de los dispositivos de control Muy independientemente de las consideraciones que se deben tomar en cuenta al realizar el diseño y selección de un sistema de iluminación, adicionalmente, existen también algunos parámetros que inciden en la elección de los dispositivos de control para obtener los más adecuados a instalarse en cada una de las áreas por diseñar; estos parámetros a considerar son: • • • • • •

Tipo de tarea a desempeñar. Cantidad de luz natural que se percibe. Tráfico de personas. Imagen deseada. Nivel de la persona. Tareas múltiples.

La importancia de cada uno de estos parámetros variará en cada caso a analizar, ya que no es lo mismo el control que se aplica en una área general de trabajo, que un pasillo o lobby ; o en una sala de juntas; o en un privado ejecutivo; por esto lo importante es que se instalen dispositivos de control apropiados evitando una sofisticación innecesaria y en consecuencia inflando los costos.

5.2. Dispositivos típicos de control para la iluminación Por el gran desarrollo tecnológico de la electrónica y aplicado al campo del alumbrado, hoy encontramos dispositivos de control para la iluminación que permiten su automatización, con lo cual se pueden lograr sustanciales ahorros de energía. En términos generales y atendiendo la ecuación de la iluminación inteligente, se puede establecer que el control de la luz significa proporcionar la cantidad apropiada de luz en donde y cuando se necesite y eliminarla cuando no se necesite o no se desea; el control de la iluminación lo identificamos al operar un dispositivo llamado apagador, que es un simple interruptor de dos polos, apropiado para manejar la intensidad de corriente de uno o más equipos de iluminación; otro dispositivo común es el Dimmer y en ambos casos se efectúa una operación manual; con el apagador se efectúa una acción


305

de encendido y apagado del luminario y con el Dimmer podemos variar la intensidad de iluminación de 0 a 100% del equipo de alumbrado. Como se señaló al principio de este punto, existen otros dispositivos de control, como los detectores de presencia, con los cuales también se efectúa la operación de encendido y apagado, pero ésta en forma automática. A continuación se presentan los dispositivos de control más usuales con su tipo de operación en función del control que se pueda ejercer con ellos y su aplicación.

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!UTOMÉTICA

"A×OS PRIVADOS ARCHIVOS BIBLIOTECAS SALADEJUNTAS LOBB Y  PASILLOS AUDITORIOS OFICINASGENERALES ETC

Tipos de detectores de presencia . Estos dispositivos se pueden clasificar por su función y por su principio de funcionamiento de la manera siguiente: Por su función •Apagado y encendido de 0 a 100 por ciento. •Varían la cantidad de iluminación de 0 a 100 por ciento. Por su principio de funcionamiento

•Infrarrojos pasivos: Detectan el calor del cuerpo humano. •Ultrasónicos: Transmiten ondas ultrasónicas. •Duales: Combinan la tecnología de rayos infrarrojos pasivos y ondas ultrasónicas.


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Con estos dispositivos de control se estima llegar a ahorrar hasta 33% de energía, esto en función de la programación realizada.

Atenuador manual . Este dispositivo puede realizar funciones de encendido o apagado de la iluminación y además regular el flujo luminoso del luminario. Se estima que el ahorro de energía puede ser de 10 hasta 30 por ciento.

Detector de luz ambiental (combinación de un detector de presencia y fotocelda eléctrica). Este puede reducir o aumentar el flujo luminoso emitido en función de la cantidad de luz natural que se encuentre disponible en el lugar donde se encuentra instalado. Utiliza una fotocelda para recibir la luz de día y ajustan automáticamente el exceso o falta de luz artificial hasta llegar a los niveles de iluminación previamente diseñadas para el lugar de trabajo. Se estima un ahorro de energía de hasta 40% con este dispositivo.

5.3. Funciones primarias del control en la iluminación

Asimismo, observando los dispositivos de control con que se cuenta; se pueden tener tres funciones primarias de control en la iluminación

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5.4. Recomendaciones genéricas para el control de la iluminación en áreas típicas de un edificio inteligente A continuación se presentan algunas recomendaciones para realizar una adecuada selección de control a utilizar en determinadas áreas.

LOBBY: Esta área normalmente está caracterizada por distintos efectos que combinan la acentuación con la iluminación general. De acuerdo con lo anterior se pueden crear distintas ambientaciones en función de la hora del día y la cantidad de gente que se presente para provocar un relajamiento visual y un atractivo diferente que resalte la belleza y funcionalidad del lugar; para lograr lo anterior se pueden utilizar equipos de control como: • Dimmers manuales. • Controlador de escenarios. Se recomienda que previamente se seleccionen las escenas de acuerdo con las preferencias o requerimientos de la empresa, por ejemplo la imagen de la empresa, pero si se requiere únicamente controlar el encendido y el apagado, entonces se puede utilizar un circuito derivado con un interruptor termomagnético del tablero inteligente de alumbrado.

Sala de presentaciones : la característica principal de este local es que se puede utilizar para múltiples eventos diferentes entre sí, como una reunión de trabajo, una proyección o una exposición personal, etc.; por esto se recomienda instalar diferentes sistemas de iluminación diseñados específicamente para cada una de estas actividades y controlar los cambios de escenarios con los mismos equipos de control que podrían ser: • Atenuadores manuales. • Detectores de presencia. El detector de presencia también se recomienda para evitar el desperdicio de energía en caso de que la sala se encuentre desocupada.

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Oficina privada: esta área es un lugar donde se puede trabajar individualmente o realizar juntas con un número reducido de personas; además generalmente tiene una decoración personalizada en función del individuo que la ocupa, según el tipo de actividad que esté realizando y la ambientación que quiera lograr. Los dispositivos que se recomiendan para este lugar son: • Dimmer. • Detectores de presencia. Con el dimmer es posible variar los diferentes sistemas instalados simultáneamente, sin pasar por alto acentuar los objetos decorativos que se tengan y el sensor de presencia para operar el apagado de la iluminación cuando la oficina esté sola y con esto lograr ahorro de energía.

Oficinas generales: en esta área se tiene como principio asegurar que los niveles de la iluminación se mantengan durante la jornada de trabajo; pero por otro lado se debe buscar el ahorro de energía cuando exista mayor cantidad de luz natural o en los momentos en que no se usen las oficinas. Los dispositivos que se pueden utilizar para el control de la iluminación en estas oficinas serán: • Celdas fotoeléctricas. • Detectores de presencia. Con las celdas fotoeléctricas se busca regular la cantidad de luz del sistema de iluminación en relación con la luz natural y lograr un ahorro de energía, y con los sensores de presencia el control del encendido y apagado del sistema de iluminación para cuando estén personas trabajando en el local o se encuentre solo. También se puede controlar el encendido y apagado, cuando así se desee, a través de un tablero de alumbrado inteligente.

Pasillos de circulación general : en esta área del edificio inteligente, se asume que siempre se tiene personal en tránsito durante el horario de trabajo; por esto se debe mantener el sistema de iluminación en operación; diseñando,


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simultáneamente, un sistema de iluminación para las tareas de vigilancia por parte del personal de seguridad en los horarios nocturnos. Por ello los dispositivos de control a utilizar aquí serán un temporizador de 24 horas ( TIMMER) para programar el encendido y apagado de los sistemas de iluminación en el horario de trabajo, previamente establecido, y el encendido del sistema de iluminación, tipo veladora, para la vigilancia del edificio. En esta área también se puede aplicar y controlar el encendido a través de un tablero de alumbrado inteligente.

Corolario:

Resulta claro que además de las variadas consideraciones que se deben tomar en cuenta al realizar el diseño y elección de un sistema de iluminación, también se deben considerar los diferentes dispositivos de control para la iluminación que ofrece la gama del mercado a efecto de lograr crear los espacios adecuados para el desempeño y objetivos en cada proyecto bajo el concepto de edificio inteligente. Los dispositivos de control en los diseños de alumbrado reducen el consumo de energía eléctrica, por ello son una herramienta importante en el control del alumbrado. Existen diversos tipos de control con los cuales se pueden encender o apagar los equipos de iluminación, cuando éstos no son necesarios, asimismo reducir la intensidad de iluminación si es conveniente. Por ejemplo, las células fotoeléctricas controlan el alumbrado en función de los niveles de la luz ambiental, reduciendo la cantidad de energía eléctrica empleada para la iluminación en un espacio donde la luz natural tiene contribución. Los detectores de movimiento encienden y apagan las lámparas en respuesta a movimientos dentro de un rango determinado a través de sensores infrarrojos o ultrasónicos.La operación automática del encendido y apagado de la iluminación cuando no hay personal, genera un significativo ahorro de energía eléctrica.

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También los reguladores de intensidad de iluminación, manuales o automáticos, reducen los niveles de iluminación en las horas de menor actividad y producen ahorros sustanciales de energía eléctrica. En general,los controles para el alumbrado,además de generar ahorro de energía, son imprescindibles para producir el ambiente en las oficinas modernas,logrando incrementar la productividad de los usuarios. Las recomendaciones, recetas de control para la iluminación anteriores, solamente son una alternativa dentro del abanico de soluciones que se pueden dar para el control de la iluminación en un edificio inteligente con objeto de automatizarlo y lograr el ahorro de energía; pero sea cual fuera la alternativa por cual se opte, siempre se debe tener presente evitar la sofisticación para no impactar los costos de los sistemas que se instalen.

APÉNDICE 1: GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

A

Accionadores. Dispositivos que actúan sobre el proceso por controlar. Éstos son controlados a su vez por los preaccionadores a través de una señal de baja potencia suministrada por la parte de control. Alarma general . Alarma que afecta a la totalidad del sistema y que posee prioridad sobre alarmas locales. Alarma local. Alarma que afecta parcialmente el sistema, de tal forma, que su efecto sólo debe repercutir sobre un conjunto delimitado o sección de dispositivos tecnológicos. Arrancador electromagnético. Dispositivo de control eléctrico formado por un juego de contactos para potencia, bobina y relevador de sobrecarga, que se aplica para el arranque y paro de un motor eléctrico; esta operación puede ser manual o automática. Arrancador manual. Dispositivo de control eléctrico formado por un juego de contactos, relevador de sobrecarga y medio mecánico (palanca) para accionar la operación de arranque y paro del motor eléctrico (solamente se aplica en motores de pequeña potencia). Autómata programable industrial ( API ). Dispositivo basado en el microprocesador con arquitectura específicamente adaptada al medio industrial. 311

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Automática. Ciencia y técnica de la automatización, que agrupa el conjunto de disciplinas teóricas y tecnológicas que intervienen en la concepción, la construcción y el empleo de los sistemas automáticos. Automatización. La automatización de un proceso industrial (máquina, con junto o equipo industrial) consiste en la incorporación al mismo tiempo de un conjunto de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguran su control y buen funcionamiento. B

Botón pulsador. Dispositivo operador en forma de botón con contactos de acción momentánea sostenida el cual se utiliza para cerrar o abrir un circuito de control eléctrico. C

Captador binario. Dispositivo cuyo objeto es advertir, mediante un cambio en su estado de salida, que en función a su entrada ha alcanzado un determinado valor umbral de la magnitud física (variable) aplicada a la misma (por ejemplo, el termostato donde la variable es la temperatura). Captadores. Ésta es otra denominación alternativa que se le da a los transductores. Consolas de programación. Dispositivo periférico con el que se puede introducir el programa de control específico en un controlador lógico programable. Contactor. Interruptor controlado a distancia que permite controlar elevadas corrientes mediante una pequeña señal. Controladores lógicos programables ( PLC ). Otra denominación alternativa que se da a los autómatas programables industriales.

APENDICE 1: GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

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D

Detector de humo. Dispositivo electrónico de tipo iónico para detectar humo y todo tipo de fuegos, normalmente cuenta con una salida para alarma a través de un relevador inversor e indicador de servicio y alarma por medio de “diodos leds”. Detector de presencia (sensores de presencia). Interruptor con tecnología de ra yos infrarrojos o ultrasónica que permiten el encendido y apagado de equipos de iluminación en forma automática al paso de las personas. Detector fotoeléctrico. Dispositivo para control eléctrico, basado en la generación de un haz luminoso por parte de un fotoemisor, que se proyecta sobre un fotorreceptor o sobre un dispositivo reflectante. La interrupción o reflexión del haz luminoso por parte del objeto por detectar (por ejemplo las manos del individuo), produce el cambio de estado en la salida de la fotocelda. Detector sísmico. Interruptor tipo mecánico, integrado con un juego de contactos eléctricos cerrados, los cuales se conectan al circuito de control eléctrico y se abren cuando detectan cualquier tipo de movimiento, provocando la apertura de dicho circuito. Diagrama de contactos. Lenguaje de programación basado en los contactos eléctricos. Diagrama de escaleras. Diagrama de contactos eléctricos basado en las normas NEMA. Diagrama de funciones lógicas. Lenguaje de programación basados en dispositivos lógicos. Diagramas Grafcet. Diagramas que moldean los subprocesos de forma exhaustiva, sin perder la legibilidad.

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Dimmer. Dispositivo para regular la intensidad de iluminación, normalmente el rango es de 0 a 100% de la luz. Direccionamiento de entradas (E) / salidas (S), E/S. Determina la forma de codificación de las distintas entradas, salidas y variables internas de cada módulo del autómata programable. E

Enfriador de agua. Equipo mecánico que enfría el agua para el acondicionamiento del aire. Entrada binaria. Sensor de entrada de campo consistente en un cierre de contacto eléctrico. Extinguidor. Dispositivo fabricado en forma de cilindro, con lámina de acero, equipado con manómetro indicador de presión, manguera de descarga y boquilla, cargado con polvos químicos o agua como medio para extinción del fuego. F

Flujo luminoso. Es la cantidad de energía radiante emitida por una fuente de luz (lámpara) medida de acuerdo con la sensación visual que produce y su unidad es el lumen. H

Hidrante. Conjunto de accesorios fijos integrados por válvulas, mangueras, boquereles con diferentes tipos de chiflón, alojados en gabinetes de láminas y al frente con cristal; utiliza agua como medio para extinción del fuego.


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I

IMEI . Instituto Mexicano del Edificio Inteligente, A.C., quien promueve el concepto de edificio inteligente entre arquitectos, ingenieros, inversionistas, docentes y técnicos especializados. Índice de rendimiento de color ( CRI). Éste describe la intensidad de luz comparándola con el color verdadero de los objetos. Las fuentes de luz se clasifican según su índice de rendimiento de color. Intensidad de iluminación. Es el flujo luminoso (incidente) por unidad de área y su unidad es el lux. Interfase. Dispositivo que adecua señales eléctricas, neumáticas, hidráulicas, etcétera. Interruptor de flotador. Dispositivo de control que permite abrir o cerrar un circuito de control eléctrico, por la acción de un incremento o disminución en el nivel del líquido de un recipiente. L

Lámpara. Fuente de luz artificial denominada coloquialmente bulbo o tubo. Lenguaje Mnemónico. Lenguaje de programación mediante instrucciones de bajo nivel específicas de cada modelo de autómata. Lenguaje de programación. Conjunto de reglas e instrucciones para la implementación de los algoritmos de control en la memoria de los autómatas programables industriales. Lógica de contactos. Representación gráfica de esquemas de automatismos eléctricos con contactos. Lógica programada. Procedimiento de implementación de algoritmos de control mediante programas informáticos.

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Lumen. Es el flujo luminoso emitido en un ángulo sólido unitario por una fuente luminosa con una intensidad media esférica de una candela. Luminaria. Unidad completa de alumbrado que se conforma de una fuente de luz, refractor o difusor, reflector, gabinete y equipo eléctrico. Lux. Es la iluminación que existe en una superficie de 1m 2 sobre la cual está uniformemente distribuido el flujo luminoso de un lumen. M

Máquina. Equipo que se utiliza para realizar un determinado trabajo o tarea y cuenta con un motor eléctrico y en algunos casos con un sistema de control. N

Nanocontrolador. Son autómatas programables de muy reducidas dimensiones y capacidades, su principal aplicación la encontramos en la domótica. Nema. Es la Asociación Nacional de Manufacturas Eléctricas de Estados Unidos y sus iniciales corresponden a su nombre en inglés (Nacional Electric Manifacturing Association). P

Parada de emergencia. Parada efectuada sobre el sistema a consecuencia de la aparición de una señal de alarma. Preaccionadores. Dispositivo que permite el control de equipos de grandes potencias, mediante las señales de pequeñas potencias que son emitidas por la parte de control. Presostato. Captador binario de presión (variable física).


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Programa para PLC . Está compuesto por un conjunto de instrucciones del usuario que será interpretado por el programa monitor introducido al PLC por su fabricante en la zona de memoria no accesible para el usuario. R

Red lan. Red de área local, normalmente se encuentra ubicada en un único edificio o campus y gestiona comunicación entre oficinas. Está constituida por computadoras, tarjetas de interfaz de red, medios de red, dispositivos de control de tráfico de la red y dispositivos periféricos (impresoras, equipo eléctrico). Une entre sí datos, comunicaciones, computadoras y servidores de archivo y ahora equipo eléctrico (conexión de dispositivos adyacente). Relevador. Dispositivo de conmutación dotado de una bobina y un grupo de contactos. Permite, usando una pequeña corriente, el paso de potencia al dispositivo al unirse con los contactos principales. Relevador de sobrecarga. Dispositivo de protección contra sobrecarga utilizado para motores en marcha, formados por un contacto normalmente cerrado y un elemento térmico bimetálico; este elemento térmico al calentarse por el efecto de una sobrecorriente, actúa sobre el contacto que interrumpe el circuito de la bobina del arrancador y para el motor evitando daños a éste. Rociador. Es un dispositivo mecánico de operación automática por medio de un activador que es un bulbo, el cual se rompe por el efecto de una dilatación que se produce cuando existe un incremento en la temperatura, permitiendo la salida del agua (medio de extinción del fuego) formando ésta una regadera. S

Salida binaria. Cierre de un contacto controlado por un procesador remoto inteligente usado para arrancar, detener, abrir, cerrar, etcétera.

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Sensor. Dispositivo que responde a algunas propiedades de tipo eléctrico, mecánico, térmico, magnético, químico, etc., generando una señal eléctrica que puede ser susceptible de medición. Servomecanismo. Es un servosistema donde la salida es una posición, velocidad o aceleración mecánicas. Denominados también reguladores de correspondencia. Software. Término utilizado para describir todos los programas contenidos en lenguaje máquina, ensambladores o de alto nivel. T

Tecnología eléctrica. Tecnología donde la implementación de sus elementos se efectúa por medio de cables eléctricos, relevadores, interruptores, etcétera. Tecnología electrónica. Tecnología donde la implementación de sus elementos se realiza a través de puertas lógicas. Temperatura de color. Término utilizado para describir el color de una fuente de luz comparándolo con el color de un elemento radiante térmico teóricamente completo. La temperatura de color se mide en grados Kelvin (°K). Temporizador (relevador de tiempo). Dispositivo para la generación de intervalos de tiempo. Termistor. Sensor que cambia su resistencia con la variación de la temperatura. Termopar. Sensor que convierte directamente un cambio de temperatura en un cambio de tensión. Termostato. Captador binario de temperatura. Transductor. Sensor al que se le adjunta un circuito de acondicionamiento de la señal.


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U

Unidad manejadora de aire. Sistema de ventiladores utilizados en la calefacción, ventilación y sistemas de aire para acondicionar espacios. La unidad consiste en un ventilador que mueve el aire a través de serpentines fríos o calientes y humidificadores, mediante ductos dentro de una o más habitaciones. V

Válvula de flotador. Es una válvula para líquido activada con un brazo y un flotador, con el cual en forma mecánica controla la operación de apertura o cierre de la válvula (operación mecánica). Válvula solenoide o electroválvula. Es una válvula para líquido activada por medio de un solenoide, el cual al magnetizarse abre o cierra la válvula. Variable binaria. Variable que sólo puede tomar dos valores, cierto/falso (sí/no). Vida promedio (vida útil promedio de una lámpara). Este término se refiere o se aplica al punto en que 50% de las lámparas todavía están operando.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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