70
2.
COMPONENTES DE LAS INSTALACIONES DOMÓTICAS
Una instalación domótica está compuesta por una serie de elementos, los cuales detectan un cambio de estado en una variable física; estos dispositivos llamados sensores transmiten la información al sistema de control mediante interfaces y acondicionadores de señal para adaptar las señales entre los distintos componentes del hardware, utilizando una estructura de comunicaciones para que interactúen con otros dispositivos llamados actuadores, encargados de ejecutar, en consecuencia, las acciones de control en función de unas normas establecidas por el usuario.
2.1. SENSORES
2.1.1. Definición y características. Para realizar las mediciones de magnitudes mecánicas, térmicas, eléctricas, físicas, químicas, entre otras, se emplean dispositivos comúnmente llamados sensores y transductores. El sensor percibe los cambios de la magnitud en cuestión, como temperatura, posición o concentración química, mientras que el transductor convierte estas mediciones en señales generalmente eléctricas para suministrar la información a instrumentos de lectura y registro o para el control de las magnitudes medidas.
71
Estos dispositivos pueden estar ubicados en posiciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados, imperceptibles o impracticables para los seres humanos.
Figura 28. Diferentes clases de sensores domóticos e industriales. Fuente: Autonics. [En línea]. s.l.: s.n., 2006. . . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los sensores son considerados elementos transductores de entrada en un sistema domótico porque permiten obtener información de los parámetros que se desea monitorear y/o controlar en un recinto, llevando a cabo la conversión de magnitudes para transmitirla a la unidad encargada del procesamiento y control del estado de las variables a gestionar. En la gran mayoría de los casos se encuentran protegidos por un encapsulado el cual logra reducir o evitar las interferencias externas distintas de la magnitud en medición, permitiendo un correcto y confiable funcionamiento. Dentro de las características que posee un sensor se pueden destacar:
71
Estos dispositivos pueden estar ubicados en posiciones alejadas del observador, así como en entornos inadecuados, imperceptibles o impracticables para los seres humanos.
Figura 28. Diferentes clases de sensores domóticos e industriales. Fuente: Autonics. [En línea]. s.l.: s.n., 2006. . . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los sensores son considerados elementos transductores de entrada en un sistema domótico porque permiten obtener información de los parámetros que se desea monitorear y/o controlar en un recinto, llevando a cabo la conversión de magnitudes para transmitirla a la unidad encargada del procesamiento y control del estado de las variables a gestionar. En la gran mayoría de los casos se encuentran protegidos por un encapsulado el cual logra reducir o evitar las interferencias externas distintas de la magnitud en medición, permitiendo un correcto y confiable funcionamiento. Dentro de las características que posee un sensor se pueden destacar:
72
•
•
•
Conversión de una variable física en otra diferente más fácil de evaluar y procesar. Aunque generalmente proporcionan señales eléctricas, en algunos casos pueden generar otros tipos de señales. Pueden funcionar con contacto físico (sensores de toque) o sin contacto físico (sensores ópticos).
Para evaluar y valorar la calidad de un sensor se debe tener en cuenta una serie de conceptos y definiciones que los caracterizan, dentro de los cuales se encuentran:
•
•
•
•
Amplitud: Es la diferencia entre los límites de la medición. Calibración: Es un patrón de la variable medida que se aplica mientras se observa la señal de salida. Error: Es la diferencia entre el valor medido y el valor real. Error de linealidad: Es la máxima desviación de la función de transferencia del sensor respecto a su recta de ajuste.
•
Exactitud: Es la concordancia entre el valor medido y el valor real. r eal.
•
Factor de escala: Es la relación r elación entre la salida y la variable medida.
•
Fiabilidad: Es la probabilidad de no generar error.
73
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Histéresis: Es una trayectoria o recorrido diferente de la medida cuando aumenta o disminuye. Offset: Es el valor de la salida del sensor cuando la magnitud medida es cero. Precisión: Es la dispersión de los valores de salida. Se determina como el cociente entre el máximo error de la señal de salida respecto del máximo valor de salida y se expresa en porcentaje. Rango dinámico: Es la diferencia entre los valores máximo y mínimo que pueden ser medidos por el sensor. Rango de error: Es una banda de desviaciones permisibles de la salida. Rango de temperatura de servicio: Es el rango de temperaturas de trabajo o funcionamiento en el cual la señal de salida permanece dentro del error especificado. Resolución: Es el menor cambio detectable en la magnitud medida que puede causar un cambio en la magnitud de salida. Ruido: Es una perturbación aleatoria no deseada que modifica el valor medido. Sensibilidad: Es la relación entre la variación de la salida y el cambio en la variable medida. Se pueden distinguir 3 tipos de sensibilidad:
74
-
-
•
Sensibilidad absoluta: Es el cociente entre la variación de la señal de salida y el cambio correspondiente en la magnitud de entrada. Sensibilidad relativa: Es el cociente entre la variación de la señal de salida y el cambio correspondiente en la magnitud de entrada normalizado por el valor de la señal de salida cuando la magnitud medida es cero.
Sensibilidad cruzada: Es el cambio de la señal de salida causada por otras magnitudes medidas.
2.1.2. Tipos de sensores. En la actualidad existe un gran número de sensores de distintos tipos y con diversas funcionalidades, los cuales se pueden clasificar de acuerdo con determinados criterios. A continuación se describirán algunas de estas clasificaciones que se citan en el libro “Domótica e Inmótica: viviendas y edificios inteligentes”.
•
Según el tipo de alimentación. Activos y pasivos. Los sensores activos necesitan ser alimentados eléctricamente y ajustados a los niveles apropiados de voltaje, corriente, etc. Son los más comunes en las instalaciones domóticas. Las sondas de temperatura son ejemplos de sensores activos; su resistencia cambia con la temperatura, haciendo variar la corriente que circula por ella y que es suministrada por un generador correspondiente.
75
Figura 29. Sondas de temperatura para control por TCP/IP. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los sensores pasivos no necesitan ser alimentados eléctricamente, por lo tanto no suelen ser aplicados comúnmente en la industria o en la domótica. Algunos ejemplos de sensores pasivos son los termómetros de mercurio y los indicadores de presión.
Figura 30. Termómetros de mercurio. Fuente: La fine del mercurio – Bella la salute. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jun. 2006].
76
•
Según el tipo de señal implicada. Continuos y discretos. Haciendo referencia a su nombre, los sensores continuos son aquellos que proporcionan señales continuas y los discretos cuando las señales que suministran son discretas. Un sensor continuo tiene como salida una magnitud cuyo valor medido varía de forma continua en el tiempo, pudiendo presentar infinitos valores dentro de su rango. Estas magnitudes en la salida del sensor son llamadas señales analógicas. Algunos ejemplos de este tipo de sensores son los de iluminación, humedad, presión, temperatura, magnitud y dirección del viento, entre otros. Los sensores discretos solo disponen de un número finito de posibles salidas que corresponden a estados posibles limitados de la variable a medir. La magnitud en la salida es llamada señal discreta, caracterizada por poseer un número finito de valores dentro de su rango, pero poseen mayor interés las que se aplican comúnmente en el campo de la domótica, resultando ser aquellas que presentan únicamente dos estados: encendido y apagado. A estas se les denomina señales binarias. En la mayoría de los casos, los sensores discretos son denominados detectores, pues su funcionalidad es la detección de dos estados, por ejemplo circuito abierto o cerrado y detección de la presencia o ausencia de alguna condición física como iluminación, humo, agua, gas, incendio, apertura de puertas o ventanas, rotura de cristales, proximidad (mediante barreras ópticas), etc.
77
•
Según el ámbito de aplicación. Gestión climática, gestión contra incendio, gestión contra intrusión y/o robo, control de presencia e iluminación, entre otros. Uno de los criterios más comunes de clasificación es el correspondiente al ámbito de utilización, permitiendo así una gestión y un control directo de diferentes factores que influyen en las instalaciones domóticas e inmóticas. Algunos de los ejemplos que se pueden tener para esta clasificación son mencionados en la tabla 2: Tabla 2. Ejemplos de sensores atendiendo al ámbito de aplicación.
Ámbito de
Tipo de sensor
aplicación
Sensores de temperatura (resistivos, semiconductores, termopares, etc.), Gestión climática
termostatos, sondas de temperatura para inmersión, para conductos, para tuberías, sensores de humedad, sensores de presión, etc.
Gestión contra incendio Gestión contra intrusión y/o robo Control de presencia Control de iluminación Otros sistemas
Sensores iónicos, termovelocimétricos, sensores ópticos, infrarrojos, de barrera óptica, sensores ópticos de humo, de dilatación etc. Sensores de presencia por infrarrojos, por microondas o por ultrasonidos, sensores de aperturas de puertas o ventanas, sensores de rotura de cristales, sensores microfónicos, sensores de alfombra pisada, etc. Lector de teclado, lector de tarjetas, identificadores corporales (biométricos). Sensor de luminosidad. Sensores de lluvia, de viento, de CO 2, de gas, de inundación, de consumo eléctrico, de consumo de agua, de nivel de depósitos, etc.
Fuente: ROMERO MORALES, Cristóbal, VÁZQUEZ SERRANO, Francisco y DE CASTRO LOZANO, Carlos. Domótica e inmótica. Viviendas y edificios inteligentes. Madrid: Ra-Ma, 2005. p.50.
78
2.1.3. Descripción de algunos tipos de sensores. Existe una gran variedad de sensores que se utilizan en domótica para la detección de una variable física y posibilitar un control automatizado de las tareas habituales, del confort y de la seguridad.
Figura 31. Algunos tipos de sensores en domótica. Fuente: SUPERSONIDO: Domótica. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 11 Jul. 2006].
Dependiendo del tipo de incidencia que se produzca en el entorno que se desee detectar para llevar a cabo tareas de automatismos se pueden tener los siguientes tipos de sensores:
•
Sensores de luminosidad. Los sensores de luminosidad o lumínicos son dispositivos electrónicos capaces de determinar el nivel de una fuente de luz (natural o artificial), permitiendo un control automático de tareas dentro de un ambiente domótico.
79
Estos tipos de sensores se pueden diferenciar mediante la señal que suministran en sensores de luminosidad y detectores de fuentes de luz. Los sensores de luminosidad propiamente dichos proporcionan una salida analógica que sirve para ajustar los niveles de iluminación en función de la intensidad de luz existente. Son llamados también reguladores o “dimmers” automáticos para luminosidad.
Figura 32. Sensor de iluminación. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los detectores de luz solo son sensibles a un cambio considerable en una fuente de iluminación, convirtiendo la variable física en una señal de dos estados o digital, de modo que solo se utiliza para realizar acciones de encendido o apagado. Cuando la variable física de detección corresponde a la luz del día o intensidad lumínica solar se denominan Sondas Crepusculares.
80
Figura 33. Sensor crepuscular. Fuente: Foto-Sensor crepuscular. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 11 Jul. 2006].
Los sensores se componen de una célula fotoeléctrica y cierta circuitería electrónica, por ejemplo, una fotorresistencia o un fotodiodo en configuración de divisor de voltaje con un amplificador operacional con los cuales sea posible ajustar un umbral de conmutación mediante un potenciómetro de modo que pueda proporcionar una señal binaria que permita activar un elemento actuador como un relé, un contactor o un motor pequeño.
Figura 34. Fotorresistencia y aplicación como detector de luz Fuente: Instituto de Educación Secundaria “Bajo Aragón”. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 11 Jul. 2006].
81
Actualmente se pueden encontrar en el mercado una variedad de elementos que incorporan distintas clases de sensores y sondas, los cuales son empleados tanto en espacios interiores para el control de la luminosidad (salones, habitaciones, restaurantes, etc.) y también en exteriores (jardines, terrazas, fincas, calles, etc.) para el caso de las crepusculares.
•
Sensores de temperatura. La temperatura es una de las variables más delicadas, pues casi todos los fenómenos físicos se ven afectados por ésta y es utilizada para inferir otras variables en un proceso. Por lo tanto, se hace necesario tener un correcto control de temperatura acorde con las exigencias de seguridad, confort y energía de un ambiente domótico, para el cual se recurre a una amplia gama de sensores, cada uno de los cuales debe responder a las características específicas del recinto a controlar. Existen algunos tipos de estos sensores, por ejemplo, los termostatos y las sondas de temperatura los cuales pueden tener diferencias en su aplicación y funcionamiento. Los termostatos son sensores de tipo digital porque envían una señal que posibilita la conexión o desconexión de algún elemento según un umbral de temperatura previamente establecido. Los hay de diversas clases, pero en domótica se usan por lo general los más sencillos que consisten en dos placas metálicas, cada una con diferentes coeficientes
82
de dilatación con la temperatura. También cuentan con un potenciómetro mediante el cual se posiciona una placa respecto a la otra. Cuando aumenta la temperatura se dilatan las placas y se acercan o se separan, accionando o interrumpiendo un circuito eléctrico que conforman con la salida, sirviendo de esta manera como un sensorcontrolador con un control de lazo cerrado de tipo “ON-OFF”.
Figura 35. Tesmostato radiador eléctrico. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los termostatos de ambiente se suelen instalar a 1,5 metros del suelo y en el centro de una pared que se encuentre enfrentada a una fuente de calor, ubicándolos en un lugar accesible y alejado de fenómenos externos que puedan causar desviaciones en la medida de la temperatura, por ejemplo la incidencia directa del sol, las corrientes de aire o los electrodomésticos y equipos cercanos susceptibles de producir cierto grado de calor. Por otra parte, las sondas de temperatura son sensores analógicos que por lo general varían un parámetro en función de la temperatura. Estos consisten en semiconductores o resistencias con coeficientes de temperatura grandes, tanto negativos como positivos.
83
Figura 36. Sondas de temperatura. Fuente: Sensores Térmicos S.L. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 11 Jul. 2006].
Para la instalación de las sondas de temperatura se deben tener en cuenta las mismas consideraciones que las referentes a los termostatos. Si se emplean en grandes espacios que posean inercias térmicas importantes se requerirá que los controladores de temperatura posean algoritmos con lazos cerrados de control más complejos como los PI o PID. Generalmente las sondas térmicas se utilizan para regular la temperatura en espacios interiores como salas de museos, habitaciones en hoteles y hospitales, auditorios, entre otros, además de posibilitar las mediciones térmicas en tuberías y suelos. También se emplean para funcionar como un control automático de la temperatura dentro de una vivienda u oficina en función del calor del sol incidente sobre ella, logrando así un ambiente óptimo y confortable para los residentes del lugar.
84
•
Sensores de presencia o intrusión. Estos sensores son capaces de detectar la entrada o salida de elementos (por lo general personas) dentro del lugar en el cual se requiere una vigilancia permanente. Se pueden clasificar en volumétricos, perimetrales y lineales. -
Sensores volumétricos. Son sensores de tipo digital y la activación del mismo se produce cuando detectan un cambio de temperatura o de movimiento. Se usan comúnmente para la detección de intrusiones no deseadas dentro de un espacio. Generalmente éstos se ubican en una esquina y en la parte superior dentro de un recinto cerrado, asegurando una orientación que logren la máxima cobertura posible y alejados de fuentes de calor externas.
Figura 37. Sensor volumétrico de presencia de Veo. Fuente: Multimedia Team. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 12 Jul. 2006].
85
Los sensores de presencia están diferenciados de los sensores de movimiento por su sensibilidad. Los primeros son capaces de sensar pequeños movimientos como el de una mano dentro de un espacio reducido, mientras que los otros detectan movimientos grandes como el desplazamiento de una persona, animal u objeto en un espacio más amplio. Dentro de los detectores volumétricos de presencia se suelen emplear cuatro tipos de tecnologías distintas, basadas en el principio básico de funcionamiento: o
Infrarrojos.
Estos
detectan
cambios
térmicos
expresados en radiaciones infrarrojas del entorno y los memoriza en forma de haces volumétricos inclinados según varios planos, de manera que puedan ser detectados cuando se generan cambios rápidos. Son sensibles a fuentes de calor como la luz solar y las corrientes de aire caliente y frío. Los hay de distintos tipos dependiendo del sensor, los lentes, la cobertura, circuitos electrónicos, etc. o
Microondas. Emplean un fenómeno físico basado en la reflexión de ondas electromagnéticas denominado Efecto Doppler. Estos sensores producen señales ondulatorias de alta frecuencia (superiores a 10GHz) y almacenan las reflexiones producidas en el ambiente. Si un cuerpo está en movimiento se genera una variación
86
en esas reflexiones y por consiguiente provoca un cambio en las frecuencias de la onda. Para la utilización de este tipo de sensores se debe tener en cuenta las normatividades y regulaciones que rigen a ciertos países referidas a la utilización del espectro electromagnético, pues este tipo de ondas se reflejan en superficies metálicas y pueden causar daños a la salud. o
Tecnología dual. Resulta de la combinación de la tecnología con infrarrojos y con microondas. Se puede realizar la detección de movimiento por medio de los dos sistemas simultáneamente o permitiendo la activación de uno de ellos y la posterior confirmación del otro, así es posible evitar falsas alarmas. Cuando se requiere de un alto grado de fiabilidad en la detección de un cuerpo se incorporan algoritmos en estos sensores para diferenciar el movimiento del cuerpo humano, de animales o de objetos.
87
Figura 38. Detector dual pasivo inmune a mascotas. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
o
Ultrasonidos. Este tipo de sensores tienen un funcionamiento similar a los que emplean las microondas. Se basan de igual manera en el efecto Doppler aplicado a las ondas sonoras, detectando la reflexión de estas señales. Son sensibles a ruidos externos de alta frecuencia y a corrientes de aire, por lo que su alcance es reducido.
-
Sensores perimetrales. Son los encargados de realizar la vigilancia en el perímetro de una instalación. Actúan como barreras situadas alrededor del lugar a inspeccionar y se produce la activación cuando algo o alguien la sobrepasa. La ventaja más relevante es la capacidad de detectar al intruso antes que ingrese a la vivienda o edificio debido a la ubicación
88
de estos elementos sensores en exteriores, sin embargo tienen que soportar las condiciones atmosféricas a las que están expuestos en algunos casos y posiblemente no puedan responder de manera eficaz ante una eventualidad. Por este motivo existe una gran variedad de este tipo de sensores y es indispensable tener en cuenta los requerimientos y características antes de realizar diseños preliminares a una instalación. Dentro de estos sensores se pueden encontrar algunas clases que se emplean para la detección de vibraciones, rotura de cristales, alfombra pisada y apertura de puertas o ventanas, entre otros. o
Sísmicos o de vibraciones. Se componen de dos masas que separan e interrumpen el envío de una señal eléctrica al recibir un golpe o vibración sobre una superficie. Pueden contener elementos como un piezoeléctrico (reacciona si se intenta cortar un vidrio), una gota de mercurio (cierra un circuito al desplazarse) o un péndulo (produce movimiento oscilatorio y acciona una alarma o actuador).
89
Figura 39. Detector sísmico para cajas fuertes. Fuente: Sovica Electronics C.A. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 13 Jul. 2006].
Se debe tener precaución con la ubicación de estos sensores pues son vulnerables a movimientos vibratorios externos como los producidos por el paso de vehículos o el empleo de maquinaria industrial, generando posibles falsas alarmas, por tanto suelen ser cada vez menos utilizados. o
Rotura de vidrios o cristales. Estos detectores se activan por medio de los sonidos de altas frecuencias. Su funcionamiento se basa en el siguiente principio: “Cuando se produce una rotura del vidrio, se provocan dos tipos de sonidos que son de distinta frecuencia: el primero, debido al impacto sobre el vidrio, es un sonido grave de unos 200 Hz. El segundo, debido a la rotura del vidrio, que es un sonido agudo con una frecuencia de 3.000 a 5.000 Hz”25.
25
OCHOA PÉREZ, Alejandro. Guía, diseño e instalación de una casa inteligente. Medellín, 2000. p. 134.
Tesis (Ingeniero Electricista). UPB. Facultad de Ingeniería Eléctrica.
90
El sensor posee un micrófono que responde a las altas frecuencias antes citadas y en cortos intervalos de tiempo (100ms máximo).
Figura 40. Detectores acústicos de rotura de vidrios. Fuente: Sovica Electronics C.A. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 13 Jul. 2006].
Estos sensores microfónicos no se deben instalar sobre la superficie a proteger sino en cercanías de la misma y en sitios imperceptibles. o
Cinta autoadhesiva conductora. Consiste en una cinta adhesiva elaborada de un material conductor que se puede adherir a la superficie que se quiere proteger. Funciona mediante el paso de una corriente eléctrica por ella (debido a que la cinta es conductora), la cual se interrumpe cuando se rompe el material y por consiguiente la cinta, lo que posibilita la activación de un sistema de alarmas. Presenta inconvenientes referentes al entorno, pues su conductividad se puede ver afectada por posibles dilataciones debidas a la temperatura externa, además la
91
instalación de la cinta se realiza en un lugar visible, permitiendo la evasión de la misma por parte del intruso. o
Puertas y ventanas abiertas. Estos detectores están compuestos de contactos magnéticos formados por un imán y un cuerpo metálico (interruptor magnético) con unos cables de conexión a un circuito electrónico. Cuando el imán se encuentra separado del cuerpo metálico se dice que está en posición de reposo pero mientras esté en las cercanías del mismo, éste lo atrae y permite la conmutación del circuito.
Figura 41. Detector de apertura de puertas y ventanas. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Comercialmente se pueden encontrar diferentes tipos estos detectores, siendo los de más uso aquellos que se ubican en las superficies de ventanas, puertas, armarios, cuadros, etc. Comúnmente se realiza su instalación uniendo el imán con la parte móvil de la superficie (puertas o ventanas) y el cuerpo metálico en partes fijas (paredes o marcos).
92
o
Vallas y alfombras. “Las vallas sensorizadas funcionan colocando sensores de vibración sobre la valla. Cuando ésta se mueve, el detector se activa, activando la alarma.”26. Los sensores de alfombra pisada son tapetes falsos transparentes con contactos que se colocan debajo de una verdadera alfombra. Cuando alguien ha pisado la alfombra, se activa una alarma.
-
Sensores lineales. Funcionan mediante el bloqueo de una barrera invisible cuando algo o alguien se interpone en ella. Esta barrera se conforma mediante un elemento emisor de infrarrojos o microondas y otro receptor del mismo tipo, el cual recibe constantemente la señal del primero (en condiciones normales) y se interrumpe momentáneamente mientras haya algún cuerpo en su campo de actuación. Entre estos tipos de sensores se pueden mencionar: o
Barrera de infrarrojos. Este sensor está conformado por elementos emisores de luz invisible (por lo general son dos diodos emisores de luz infrarroja) que emiten los haces luminosos de forma paralela y alineada hacia elementos receptores infrarrojos, originando así una barrera óptica imperceptible para el ser humano.
26
Ibid, p.134.
93
Cuando las barreras se interrumpen por el paso de algún cuerpo entre ellas se origina una señal sonora y/o luminosa; además se cuenta con un sistema contra falsas alarmas, pues la utilización de dos o más barreras hace que se eviten alertas cuando algo o alguien que no se considere como intruso ha sobrepasado solamente una de ellas, como pueden ser aves, roedores, etc. Los sensores de barreras infrarrojas presentan la gran ventaja de ser inmunes a los fenómenos climáticos (lluvia, niebla, humedad, etc.), es por esto que se facilita la instalación tanto en interiores como en exteriores. o
Barrera por microondas.
Consiste en instalar un
cableado especial introducido en tierra que sirven para conectar un emisor y un receptor. El emisor de microondas genera impulsos de muy alta frecuencia (VHF), los cuales se propagan a lo largo del cable y en su alrededor. El receptor detecta esta señal que es inalterable en condiciones normales. Cuando algo o alguien penetra en la zona de propagación y recepción se produce una variación de la señal, la cual es detectada por el receptor permitiendo la activación de una alarma. Estos sensores son muy utilizados en lugares que requiera una alta seguridad, pues la implementación de
94
un sistema con este tipo de sensor resulta confiable y eficiente ya que es inmune a las falsas alarmas pero su costo puede ser más elevado, comparado con otros tipos de sensores.
•
Detectores de incendio. Estos sensores detectan partículas en el aire, calor o humo, posibilitando la activación de señales sonoras y luminosas.
Figura 42. Detector de fuego y humo. Fuente: Area clientes DGS Tienda Virtual. [En línea]. Madrid: s.n., s.f. . [Consulta: 16 Jul. 2006].
Existen 3 clases diferentes de sensores destinados a la detección de incendio de acuerdo con la propiedad física que emplean: Ópticos, iónicos y termovelocímetros (flujo de calor). -
Ópticos. Su configuración es de tipo barrera óptica, consistiendo en un diodo emisor de luz y un fototransistor receptor que detecta constantemente el haz luminoso. Cuando
95
se interpone humo visible dentro de la barrera óptica se produce dispersión del haz, provocando una disminución en la intensidad recibida.
Figura 43. Detector de humo fotoeléctrico. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Presentan baja sensibilidad, pues solo se encargan de detectar el humo visible, por tanto no es recomendable su instalación en ambientes que habitualmente contengan humo (cocinas, garajes, etc.). -
Iónicos. Poseen varias cámaras independientes. Una de ellas es cerrada e ionizada por una fuente radioactiva muy débil, la cual no presenta riesgos para la salud y la otra es abierta para que pueda circular el aire del entorno. En la combustión generada dentro de la cámara abierta se produce la ionización del aire, detectándose la diferencia entre el nivel de ionización de las cámaras.
96
Debido a la alta sensibilidad que pueden tener estos sensores, resultan adecuados para la instalación domótica en viviendas y edificios pero no se aconseja en lugares con humo frecuente. La instalación se debe realizar en locales con alturas menores de 12 metros, cubriendo un área máxima de 50m 2. -
Termovelocimétricos. Se componen de puentes equilibrados de resistencias, algunas de ellas se exponen hacia el exterior para la detección de variación de temperatura. En ciertos casos se reemplazan las resistencias por sustancias líquidas o gaseosas.
Figura 44. Detectores de humo termovelocimétricos. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Estos sensores responden cuando hay un sobrepaso de temperatura establecida dentro de un rango específico y son insensibles a humo, por lo que se posibilita su instalación en ambientes como garajes y cocinas. Pueden ubicarse en locales con altura inferior a 7 metros y tienen cobertura máxima de 25m2.
97
•
Detectores de inundación. Son utilizados para la detección de agua estancada o embalsada en el suelo. Poseen dos electrodos ubicados en un mismo soporte o en sondas distintas. Estos por lo general se encuentran al aire y en circuito abierto, presentando una impedancia muy grande, viéndose disminuida esta última cuando hay presencia de agua entre los dispositivos.
Figura 45. Detector de inundación. Fuente: Area clientes DGS Tienda Virtual. [En línea]. Madrid: s.n., s.f. . [Consulta: 16 Jul. 2006].
Los electrodos se ubican muy cerca del suelo (a 1 mm aproximadamente) donde existan zonas que presenten humedad en una vivienda o en lugares con riesgos de inundación. Tienen un intervalo de respuesta amplio para detectar que una situación determinada genera peligro de inundación y es ajustable para evitar las falsas alarmas.
•
Detectores de corriente eléctrica. Son utilizados para la medición de la corriente que circula por un cable. Se conforman por una sonda con una bobina en la que se induce una corriente de acuerdo con la intensidad que fluye por el cable y es medida en los extremos de una resistencia por la que circula la corriente inducida.
98
En las instalaciones domóticas dentro de una vivienda, los detectores de corriente eléctrica van ubicados en la caja de cortacircuitos o totalizadores y se emplea para racionalizar el consumo de la energía eléctrica.
•
Detectores de gas. “Detectan gases tóxicos y explosivos como butano, propano, gas natural, gas ciudad, etc. Se sitúan en diferentes alturas en función del gas a detectar; p.e. para gases como el butano o propano, el detector se ha de colocar a unos 20 cm del suelo, y para gas natural o gas ciudad, cuya densidad es menor, se colocan a 20 cm del techo.”27.
Figura 46. Detectores de gases butano, propano, metano y CO. Fuente: SeguridadPlus. [En línea]. s.l.: s.n., 2001. . [Consulta: 17 Jul. 2006].
•
Anemómetros. Son dispositivos empleados para mediciones de la velocidad del viento. Tienen unas aspas pequeñas que giran a una velocidad proporcional a la fuerza del viento. También cuentan con potenciómetros con los cuales se realiza la calibración del tiempo de integración o de respuesta y del umbral de la velocidad en el que reacciona el sensor.
27
VALDIVIESO y MATÍAS MAESTRO, Op. Cit., p.26.
99
Figura 47. Composición de un anemómetro. Fuente: Pitot. [En líena]. s.p.i. . [Consulta: 17 Jul. 2006].
Estos sensores son comúnmente utilizados para el control automático de toldos y persianas motorizadas, permitiendo un accionamiento conforme a la detección de la fuerza del viento e impiden que se puedan dañar.
Figura 48. Anemómetros para exteriores y de mano. Fuente: Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales. [En línea]. Managua: s.n., 1999. . [Consulta: 17 Jul. 2006].
100
•
Interruptores de lluvia. Están formados por un circuito que detecta agua mediante placas metálicas separadas por un material que puede cambiar la resistividad con la presencia de agua, generando una señal hacia la unidad principal de control.
Figura 49. Sensores de lluvia. Fuente: Castilla Soluciones Constructivas. [En línea]. Madrid: s.n., s.f. . [Consulta: 18 Jul. 2006].
Aunque son de tipo digital, también se encontrar analógicos como los sensores de pluviosidad, los cuales tienen una rendija que regula la entrada del agua dependiendo de la cantidad de lluvia en la zona de ubicación y se ajustan para permitir una acción controlada de forma gradual. La instalación de sensores de lluvia se realiza en exteriores de manera que pueda recibir una cantidad similar de lluvia para lograr un control automático de tareas en ambientes cerrados como el riego de plantas y jardines en viveros o en interiores de una vivienda, posibilitando un ahorro considerable de agua y energía.
101
•
Otros tipos de sensores. En un sistema domótico se pueden tener una cantidad determinada de sensores dependiendo del número de entradas y la capacidad de procesamiento de información que posea la unidad de control. Ésta última tiene que ser capaz de recibir las señales emitidas por los diversos tipos de sensores empleados para distintos objetivos en lugares determinados. Los sensores empleados con mayor frecuencia en ambientes domóticos en inmóticos son los detallados en los párrafos anteriores pero en algunas ocasiones se requiere la medición y control de alguna variable física o química en particular como el nivel de PH, radiación, humedad relativa del aire, presión atmosférica, movimientos telúricos, entre otros. Por lo general, el control de estas variables se realiza en ambientes industriales o en situaciones donde se requieran unas condiciones específicas para llevar a cabo algún proceso en particular. Comercialmente se pueden encontrar algunos sensores destinados a proporcionar información sobre parámetros ambientales (pequeñas estaciones meteorológicas) pero no se suele realizar ningún control sobre ellos ni se integran dentro de un sistema domótico.
2.2. ACONDICIONADORES DE SEÑAL
Las señales que entrega un sensor no siempre son compatibles con los tipos de señales que deben ingresar al sistema receptor, por lo tanto se hace necesario,
102
en la mayoría de los casos, que las señales de los sensores sean acondicionadas y/o adaptadas al controlador. Esta conversión es realizada mediante los acondicionadores de señal. Actualmente existen varios estándares para el acondicionamiento de señales, algunos son de voltaje o tensión (0V – 5V, 0V – 100V) y otros son de corriente (0mA – 20mA, 4mA – 20mA). En el mercado de equipos electrónicos para el hogar y la industria se pueden encontrar diversos tipos de acondicionadores de señal, entre ellos se distinguen los acondicionadores para señales discretas, para sensores resistivos, amplificadores, atenuadores pasivos para señales continuas, filtros de señal, convertidores de voltaje a frecuencia (V/F) y de frecuencia a voltaje (F/V), análogos/digitales y digitales/análogos.
Figura 50. Acondicionador de señal (0-10V, 0-20mA). Fuente: Dinacell. [En línea]. MAdris: s.n., s.f. . [Consulta: 17 Jul. 2006].
Los fabricantes pueden incluir estos dispositivos en sus catálogos, permitiendo obtener información clara acerca de los equipos que adaptan las señales provenientes de los diferentes sensores al formato de las señales propias del sistema, bien sea empleando protocolos estándares o propietarios.
103
2.3. TRANSMISORES
Al igual que los sensores, los transmisores son elementos de entrada en un sistema domótico pero con la gran diferencia de tener una interfaz de usuario, permitiendo el ingreso de órdenes directas individuales o secuenciales. Los transmisores basan su funcionamiento en la recopilación de información, representada en las órdenes y comandos que el usuario del sistema ejecuta para la realización de una acción determinada, para luego ser enviada hacia el elemento controlador y posteriormente ser ejecutada la tarea de control. Los tipos básicos de transmisores que se pueden instalar en un sistema domótico o inmótico son: mandos a distancia, interfaz telefónico, teclados, pulsadores e interruptores.
2.3.1. Mandos a distancia. Estos elementos son los más comunes para la interacción con el sistema domótico, pues facilita la ejecución de acciones de forma remota dentro de una vivienda o edificio. Están constituidos por un elemento emisor y otro receptor. El elemento emisor puede ser un mando con botones de membrana o una pantalla inalámbrica sensible al tacto (“Wireless TouchScreen”); es quien recoge la información, adapta las señales a un formato de emisión, bien sea empleando infrarrojos o radiofrecuencia, para luego enviarlas hacia el receptor.
104
Figura 51. Mandos con botones de membrana y sensibles al tacto. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Los mandos que utilizan infrarrojos presentan las ventajas como la no generación de interferencia, inmunidad a las radiaciones electromagnéticas y son muy económicos. Los inconvenientes se pueden ver reflejados en la necesidad de existir línea de visión directa entre emisor y receptor, además de estar limitados a recintos cerrados, mientras que los mandos que utilizan radiofrecuencia no requieren de línea de vista entre los componentes y su funcionamiento resulta útil en zonas donde se requiera mayor cobertura, pero son más costosos y pueden presentar mayor sensibilidad a las interferencias. El elemento receptor debe poseer el mismo formato de señal de envío. Generalmente se colocan en cajas universales empotradas en paredes.
105
Estos tipos de mandos no son recomendables para emplearlos en aplicaciones de seguridad dado que estos dispositivos pueden ser manipulables desde el exterior.
2.3.2.
Interfaces telefónicos. Estos dispositivos son herramientas útiles e
importantes dentro de un sistema domótico o inmótico. Se componen de una interfaz con la línea Red Telefónica Pública Básica Conmutada (RTPBC), una electrónica de control y el respectivo interfaz con el sistema automático (por ejemplo, “Gateways” entre redes de telecomunicaciones).
Figura 52. Interfaz telefónico para teleasistencia. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
Dependiendo del flujo de información que gestionan, los interfaces telefónicos pueden ser de dos tipos: Unidireccionales y bidireccionales. Los unidireccionales reciben la información únicamente desde el exterior hacia el sistema y generalmente de ubican en la caja de los totalizadores de la
106
vivienda. Pueden ser monocanal o multicanal. Incorporan relés para el accionamiento de elementos electrónicos y mecánicos. Los bidireccionales permiten un flujo de datos en ambos sentidos interiorexterior. Estos interfaces están basados en tecnologías de comunicaciones empleando microprocesadores para la síntesis de voz (desde el interior) y decodificación de tonos multifrecuencia (desde el exterior). Estos sistemas permiten la gestión de aplicaciones y el mantenimiento de dispositivos a través de redes globales como Internet.
2.3.3. Pulsadores e interruptores.
Son elementos electromecánicos
considerados entradas del sistema domótico que posibilitan la conexión o desconexión de uno o más circuitos eléctricos.
Figura 53. Pulsadores e interruptores. Fuente: Productos de Baja Tensión. [En línea]. Valencia, Venezuela: s.n., 2004. . [Consulta: 17 Jul 2006].
Los pulsadores se pueden diferenciar de los interruptores por su configuración mecánica y modo de operación.
107
Los pulsadores tienen solo una posición de equilibrio. Se accionan solo cuando cambia de estado, regresando a su posición original cuando cesa el accionamiento. De acuerdo con lo anterior se pueden encontrar pulsadores normalmente abiertos o cerrados. Los interruptores o suiches tienen dos posiciones de equilibrio: en circuito abierto o circuito cerrado. A diferencia de los pulsadores, los interruptores poseen retención, así que pasan de una posición a otra cuando se accionan y permanece en la última posición hasta que cesa el accionamiento.
2.3.4. Teclados. Son dispositivos de entrada porque recopilan información y los ingresan al mismo. Se componen por un teclado alfanumérico y algunos de ellos están dotados de códigos de seguridad que permiten comprobación de acceso y/o monitoreo de parámetros para la información del estado del sistema. Actualmente existen teclados de membrana (generalmente forman una matriz 3x4 ó 4x4), mecánicos (una línea por tecla y un cable común en topología de bus, no son muy usados) y de pantalla táctil (interfaz de usuario para el manejo, configuración y programación del sistema domótico).
Figura 54. Teclado vía radio. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 10 Jul. 2006].
108
2.4. ACTUADORES
Los actuadores son dispositivos electromecánicos considerados como salidas en un sistema domótico porque actúan sobre el medio exterior y afectan físicamente a la vivienda o al edificio. Ejecutan las órdenes obtenidas mediante las entradas al sistema, convirtiendo una magnitud eléctrica en otra de otro tipo (mecánica, térmica, óptica, etc.). Se puede decir que realizan, de alguna manera, un proceso inverso al de los sensores. Estos elementos pueden mantener niveles de salida continuos o discretos, dependiendo de la señal que lo gobierna. Si la actuación es de tipo “encendido/apagado entonces es porque lo rige una señal digital, pero si la actuación es variable es porque la señal percibida es analógica. Los actuadores se pueden clasificar en tres tipos diferenciados según su constitución: electromecánicos (motores, electroválvulas, relés, contactores, cerraduras digitales), acústicos (sirenas, bocinas, altavoces) y luminosos (paneles, monitores, lámparas). A continuación se describen los elementos que pueden considerarse como actuadores empleados en las instalaciones domóticas.
2.4.1. Motores.
Son máquinas que convierten la energía eléctrica en
mecánica para generar movimiento. Los tipos más comunes empleados en sistemas domóticos son los de corriente directa, los de corriente alterna y los paso a paso.
109
•
Motores de DC. En los motores de corriente continua o directa, la variación del voltaje controla la velocidad del mismo. Son precisos y su accionamiento es rápido, pero tienen poca potencia.
•
Motores de AC. Los motores de corriente alterna varían la velocidad en función de la frecuencia del voltaje de entrada. Tienen la gran ventaja de no necesitar fuentes de alimentación adicionales a la propia de la red eléctrica, por eso resultan útiles en al ámbito domótico.
•
Motores paso a paso. Los motores paso a paso son elementos de muy alta precisión, por tanto se emplean como posicionadores, en algunos casos se emplean en conjunto con servoválvulas que giran a un ángulo determinado a cada secuencia de impulsos.
Figura 55. Motores paso a paso. Fuente: AUTONICS-Sensor & Controller. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
110
En domótica, los motores se utilizan fundamentalmente para el control de toldos, cortinas y persianas. Se emplean los motores asíncronos monofásicos que se ubican en el interior del eje de los elementos a controlar. “Suelen tener un sistema reductor de velocidad que proporciona unas velocidades de giro entre 8 y 55 r.p.m. y dos finales de carrera para la desconexión automática del motor; un final de carrera se ajusta para el máximo desplazamiento superior y el otro para el máximo desplazamiento inferior.”28
Figura 56. Motores para cortinas y persianas. Fuente: Persianas.tk. [En línea]. s.l.: s.n., 2004. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
2.4.2. Sirenas. Son elementos de alerta que se emplean en los sistemas de seguridad para anunciar una alarma en alguna situación que represente un peligro para las personas o para el entorno habitable. 28
Ibid, p.30.
111
La instalación de las sirenas se puede realizar en exteriores e interiores, dependiendo del tipo de alerta que se requiera en el lugar. Para ambientes en exteriores se disponen de protecciones a la intemperie como carcasas metálicas o plásticas. La potencia de sonido es elevada (105dB a 115dB) y se alimentan de corriente directa. En algunos casos se acompañan de un elemento luminoso con una lámpara o un flash estroboscópico. Como elementos de seguridad se utilizan baterías y contactos especiales para evitar la manipulación y el sabotaje.
Figura 57. Sirena para exteriores con luz estroboscópica. Fuente: Sirena para exteriores con luz estroboscópica Elite A SSA. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006 ].
Cuando se requiere una instalación en interiores se suelen utilizar protecciones contra los efectos físicos básicos como la temperatura y la humedad, pero no se hace necesario el empleo de carcasas especiales antivandálicas. La potencia audible es menor (85dB a 100dB) y funcionan también en corriente directa.
112
Figura 58. Sirena remota PowerHorn-X10. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
2.4.3. Electroválvulas. Son elementos conformados por válvulas en las cuales se controla la apertura mediante una señal eléctrica externa. Se emplean para realizar el control de caudales de líquidos o gases, siendo dispositivos fundamentales para la optimización y ahorro considerable de agua y gas. También suelen emplearse en los ductos de los sistemas de aire acondicionado. Las electroválvulas se componen por dos piezas: el cuerpo (parte que se ajusta a la tubería y el cabezal (se encarga de mover el dispositivo para la apertura o el cierre). En domótica se emplean con frecuencia las válvulas de control (también llamados servoválvulas) y de corte (control de tipo activado/desactivado).
113
Figura 59. Electroválvulas y central adaptadora de corte de fluidos. Fuente: Todo en domótica de fácil instalación. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
•
Válvulas de control. Son válvulas de paso variable o proporcional, utilizadas en circuitos de calefacción por radiación de agua caliente. Tiene un tiempo de respuesta amplio (de 10 segundos hasta 3 minutos) ya que son accionados por un motor de AC.
•
Válvulas de corte. Son válvulas utilizadas para realizar un control de paso o interrupción de un servicio (agua o gas). Actúan mediante un electroimán que desplaza una pieza móvil, permitiendo el cierre o el paso del fluido. Posee un tiempo de respuesta menor que las de control y su accionamiento puede llevarse por medio de corriente alterna o directa.
2.4.4. Reguladores o “Dimmers”. Permiten regular la potencia que llega a una carga mediante dispositivos semiconductores de estado sólido como los diacs y los triacs.
114
Figura 60. Regulador dimmer con triac de Ingenium. Fuente: RB1500 Regulador dimmer a triac con mando por bus. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
En domótica se utilizan para realizar un control de iluminación en bombillos, lámparas y otros elementos emisores de luz. Para ello se debe tener especial cuidado en las especificaciones dadas por los fabricantes, pues se necesita conocer no solo la carga máxima a la cual se conecta el actuador sino su tipo (resistiva, inductiva, bombillo incandescente, lámpara halógena o fluorescente, etc.) para la regulación de algún parámetro (corriente o voltaje).
2.4.5. Relés. Son los elementos más empleados en domótica, ya que permite conmutar circuitos de alta potencia empleando señales de baja potencia.
Figura 61. Tipos de relés. Fuente: Relés. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 18 Jul. 2006].
115
Los relés se constituyen por una bobina (parte fija) y unos contactos normalmente cerrados, normalmente abiertos y un contacto común (parte móvil) que cortocircuita con los anteriores para llevar a cabo una tarea. Cuando se hace pasar corriente directa a través de una bobina solenoide hace que se magnetice el núcleo de hierro y atrae la armadura (parte móvil), permitiendo la apertura de unos contactos y el cierre de otros. “En la conmutación o cierre se generan picos de tensión que producen interferencias. Para reducir estos transitorios se suelen acoplar en paralelo con el terminal de la bobina unos diodos de desacoplo de DC o una resistencia en serie con un condensador (filtro RC) en AC.”29.
Figura 62. Composición interna de un relé tipo armadura. Fuente: Relés. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 18 Jul. 2006].
29
Ibid, p.32.
116
En domótica se pueden emplear desde simples relés de diferentes tipos hasta módulos especiales para la conmutación de diversas cargas, por tanto se hace necesario tener un cuidado en la utilización de los mismos, considerando los datos de funcionamiento como el número de circuitos que puedan accionar simultáneamente, rango de valores y nominales de voltajes y corrientes en contactos y bobinas, tipo de carga que conmutan, clasificación y función dentro de un circuito (instantáneos, temporizados, de mando, de protección, etc.), entre otros muchos parámetros y estándares que faciliten los fabricantes. Generalmente se ubican en tableros eléctricos (si se encuentran sueltos) o en cajas de registros (si se posicionan junto con algún circuito)
2.4.6. Contactores. Físicamente y funcionalmente son elementos similares a los relés pero pueden manejar cargas de mayor potencia (lavadoras, lavavajillas, motobombas, etc.), son más robustos y generalmente se instalan en carriles o tableros de distribución. Poseen una bobina y unos contactos de platinas de cobre con un ancho y disposición en función con la corriente que circula por ellos. También pueden accionar varios circuitos simultáneamente con una misma señal de control, teniendo la posibilidad de forzar la activación o desactivación (marcha/paro) desde un circuito externo.
Figura 63. Contactores principales y auxiliares de Siemens. Fuente: Siemens Región Andina. [En línea]. s.l.: s.n., 2006. . [Consulta: 18 Jul. 2006].
117
2.4.7. Resistencias eléctricas. Son empleadas para los sistemas de secado y calefacción, elevando la temperatura del medio donde se encuentra instalado. Su funcionamiento se basa el la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor, provocando el calentamiento del mismo.
2.5. UNIDADES DE CONTROL
Se puede decir que la unidad de control es el elemento principal donde se encuentra la mayor parte de la “inteligencia” de un sistema domótico o inmótico. Se encarga de recibir las señales provenientes de los sensores, analizarlas, procesarlas y transmitirlas hacia los actuadores para que realicen la función de control determinada. Allí es donde se encuentran los algoritmos y comandos escritos en algún lenguaje de programación para que pueda interoperar con el hardware del sistema, llevando a cabo la regulación de las órdenes en función de las necesidades del usuario.
Figura 64. Unidad de control por computador. Fuente: Buscador de Arquitectura y Construcción. [En línea]. s.p.i. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
118
De acuerdo con la configuración y arquitectura de la red (explicada en el capítulo anterior) en donde se encuentra la unidad de control, es posible lograr la identificación del elemento principal del sistema, siendo el dispositivo central en sistemas centralizados o puede estar repartida en distintos artefactos electrónicos una vez realizada la programación en sistemas donde se utilice un computador o un microprocesador como unidad principal de procesamiento. Incluso puede existir la posibilidad de utilizar centrales telefónicas como unidades de control aunque la interacción entre el usuario y el sistema domótico puede verse muy limitada.
Figura 65. Maxicontrolador LCD para control por teléfono. Fuente: Maxicontrolador LCD. [En línea]. Madrid: s.n., 2006. . [Consulta: 19 Jul. 2006].
2.6. PASARELAS RESIDENCIALES
Comercialmente, las pasarelas de comunicación residenciales son elementos que están revolucionando el mercado de equipos para instalaciones domóticas, logrando que la mayoría de los dispositivos empleados en sistemas inteligentes posean una interfaz o compatibilidad que permita la interconexión