UNIDAD III
DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOS
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1. GENERALIDADES
El primer paso para llevar a cabo el diseño de una instalación domótica partirá de un estudio previo de los planos del edificio con el fin de conocer los esquemas eléctricos y el tamaño de la vivienda. Este análisis nos será de gran utilidad en el momento de decidir el número de sensores y actuadores necesarios, así como cuando se defina la funcionalidad del sistema. Conocidas todas esas variables, la solución ante cualquier problema de ubicación e instalación de dispositivos puede resultar más sencilla. 2. PROCESO DE DISEÑO
Una vez se conozcan los planos del edificio, las características eléctricas y las especificaciones del cliente, el procedimiento a seguir sería el siguiente: Revisar planos de la instalación eléctrica para conocer el grado de electrificación de la vivienda, circuitos y distribución de los mismos por la vivienda. Determinar los elementos que se desean controlar: persianas, luces, ventanas, toldos…
Determinar las funciones que se desean implementar: seguridad anti intrusión, seguridad técnica (agua, gas, humo…), activación de actuadores en función de franja horaria…
Decidir la posición de los módulos en la vivienda (caja de distribución, pared…).
Determinar el número de entradas y de salidas necesarias para establecer cantidad de módulos que se desean instalar. Distribuir los sensores y actuadores por la vivienda considerando al mismo tiempo la ubicación de los módulos. Procurar que las acciones directas vayan controladas por el mismo módulo, es decir, por configuración local. Anotar la dirección y la posición de cada módulo instalado en la vivienda para la posterior programación. Proceder a programar las reglas de la vivienda. Es conveniente conocer las dimensiones de la vivienda y el grado de electrificación de la misma antes de plantearse el diseño de una instalación (monofásica, trifásica, número de circuitos por fase, vivienda unifamiliar, piso , apartamento…). Hasta aquí las cuestiones previas al diseño, pero es preciso
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planificar la instalación. Como se ha comentado anteriormente la red eléctrica no está libre de ruido debido a aparatos y equipos conectados a la misma que generan interferencias, por ese motivo, es preciso considerar qué aparatos tenemos conectados en la red y cuál es su factor de perturbación. Así, por ejemplo, los ordenadores, monitores, transformadores electrónicos, alumbrado fluorescente con reactancia electrónica,…, tienen un factor de perturbación mayor que los electrodomésticos de línea blanca, lámparas de bajo consumo…y estos, a su vez, tienen un factor de perturbación mayor que bombillas, transformadores, lámparas de incandescencia…En el caso de una
oficina en la que vayan a instalarse varios ordenadores, fotocopiadoras, fax, es recomendable dedicar un circuito de la instalación exclusivamente al sistema domótico para evitar cualquier tipo de problema debido a las perturbaciones introducidas por los aparatos conectados a la red.
SOFTWARE
Figura N° 1
En el caso de una vivienda unifamiliar con instalación eléctrica trifásica, las consideraciones iniciales son las mismas que en el caso anterior, recomendando la instalación, detrás del interruptor general de la instalación, de un filtro de red en cada una de las fases, además de un adaptador de red que permita pasar la información de una fase a otra. Planificación de la instalación Existen dos factores a tener en cuenta al planificar el número de módulos a utilizar y la distribución de dispositivos conectados a cada uno de ellos. Son los siguientes:
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Nº de entradas y salidas En una instalación domótica se instalarán tantos módulos de entradas/salidas como sea necesario para controlar todos los dispositivos que se deseen incluir en la instalación. Para ello hay que tener en cuenta el número de entradas y salidas necesarias para controlar cada tipo de dispositivo. En esta tabla se muestran las entradas y salidas necesarias para controlar algunos dispositivos de ejemplo
Figura N° 2
Así por ejemplo, un módulo que controla una luz y un timbre tiene las dos salidas de relé ocupadas, y por lo tanto no podría controlar también una electroválvula. Igualmente, un módulo conectado a un sensor de presencia, un sensor de humo y un sensor de apertura de puerta no puede llevar, además, un pulsador para controlar una luz. A la hora de planificar una instalación existe, además, un compromiso entre el número de módulos de entrada/salida y la cantidad de cable que se instala desde los dispositivos hasta el módulo. Este compromiso depende del coste del módulo y el coste de la instalación del cable. Por ejemplo, es posible que en una habitación sólo se desee conectar a la red domótica un sensor de presencia. Hay que tener en cuenta que el sensor necesita alimentación eléctrica (fase y neutro) y la señal de salida del sensor hay que llevarla hasta la entrada del módulo. En este caso se debe valorar la dificultad, estética, coste de material y coste de instalación de las posibles soluciones. Una de las soluciones sería cablear desde la posición del sensor hasta el módulo más cercano/accesible de otra habitación que disponga de una entrada no utilizada. La otra solución es instalar un módulo en la habitación, aunque sólo sea para esa entrada. De esa forma aumenta el número de módulos instalados, pero posiblemente se reduce el coste de instalación.
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Interacciones locales
Existe por último otra consideración a la hora de planificar la instalación: La velocidad de respuesta del sistema domótico desde que se recibe una información hasta que se ejecuta una acción asociada. Esta velocidad de respuesta es suficientemente rápida en la mayoría de los casos. Sin embargo, existen casos en los que una acción sobre el sistema debe provocar una reacción instantánea del sistema. Es el caso que encontramos cuando deseamos que la luz de una habitación se encienda al accionar un pulsador. Un retraso, por pequeño que sea, puede ser suficiente para que el comportamiento del sistema resulte extraño al usuario. Para estos casos el sistema proporciona una serie de acciones internas configurables en cada módulo de e/s. Así, en el ejemplo, el módulo puede accionar la salida de la luz inmediatamente después de que el usuario haya accionado el pulsador, antes incluso de que el mensaje que informa del cambio llegue al controlador. Lógicamente, estas acciones internas sólo son posibles si las entradas y salidas relacionadas se conectan al mismo módulo. Así, en el ejemplo del interruptor que controla una luz, conviene que tanto el interruptor como la luz estén conectados a entradas y salidas del mismo módulo.
3. SERVICIOS A GESTIONAR
Existe una gran cantidad de aplicaciones susceptibles de ser automatizadas en los edificios, como pueden ser la calefacción, la ventilación, el aire acondicionado, la sonorización, la seguridad, la iluminación, el control de energía, etc. Todas éstas se pueden agrupar en servicios tales como confort, seguridad, energía o comunicaciones. Resumen de servicios a gestionar Esta clasificación, a la que se le dedica este capítulo, no es excesivamente estricta, ya que hay aplicaciones que se pueden encajar en varias áreas de una instalación
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Figura N° 3: Servicios a gestionar
Figura N° 4: servicios a gestionar
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3.1. Gestión Del Confort
La gestión del confort se encarga de facilitar al usuario la obtención de un mayor nivel de comodidad en las actividades que desarrolle dentro de la vivienda o edificio. No tienen relevancia el consumo energético o la seguridad. Su principal objetivo es la interacción del individuo con el medio que lo rodea, para lo cual se debe poder controlar, en el mayor grado posible, las variables físicas que afectan y/o modifican el hábitat. En este tipo de servicios importa el bienestar y el rendimiento de trabajo de las personas: calidad de luz, temperatura, ergonomía, acceso a los elementos, etc. Tiene dos orientaciones distintas: El objetivo es el confort y comodidad de sus habitantes por calidad de vida. El objetivo es el confort de los trabajadores para lograr una mejor en las condiciones de trabajo Las aplicaciones que están incluidas dentro de la gestión del confort pueden ser la regulación de la iluminación, de la temperatura, el control de automatismos así como otras aplicaciones y elementos auxiliares. A continuación se describen en mayor detalle. Control de automatismos
Son sistemas que controlan algún tipo de automatismo. Están apareciendo muchos y a una gran velocidad. La idea es controlar cualquier tipo de dispositivo eléctrico. Controlan normalmente las acciones que conllevan cierto grado de incomodidad o necesitan precisión. Necesitan unas medidas de seguridad y protección para las personas y posibilidad de actuación manual sobre el sistema. Algunos ejemplos son: Regulación de la iluminación
Permite controlar el grado de iluminación o cantidad de luz de las habitaciones. Se basa en conceptos como cantidad de luz, número de puntos de luz, su intensidad, tipo de regulación de ese tipo de luz, (encendido/apagado, variable, etc.). El sistema de regulación puede ser manual o automático. En éste, el propio sistema controla a partir de un valor que le da el usuario. El gobierno del sistema de iluminación puede ser: Autónomo: cada habitación independientemente. Centralizado: controla la unidad central, utiliza programación horaria Existen diferentes modos de control.
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Figura N° 5: Controlador de Lúmenes
Para controlar un conjunto de lámparas, el control On-OFF es el más sencillo, todo o nada, las lámparas encendidas o apagadas. Si se quiere variar la intensidad se deben de encender varias luces. Modifica el grado de luminosidad de una o varias lámparas mediante el control electrónico de la tensión o de la corriente suministrada. El gobierno se puede hacer mediante impulsos, tiempo de pulsación o potenciómetro regulable, siendo en general necesario el uso de electrónica de potencia. El más complejo, permite modificar el nivel de iluminación teniendo en cuenta distintas variables (nivel de iluminación exterior, nivel de iluminación interior, valor de consigna o iluminación deseada, hora, día de la semana, estado de las persianas, detector de presencia de personas, etc.). El sistema funciona atendiendo a los valores de los sensores que hacen que la intensidad de las lámparas asociadas al regulador sea mayor o menor
Figura N° 6: a) Módulo de casquillo X-10 con modo biestable (encienda/apaga)
Regulación de la temperatura Fue una de las primeras aplicaciones de la automatización de los edificios. Dependiendo de si pretende aumentar o disminuir la temperatura, existirán dos sistemas: calefacción o aire acondicionado. Para un
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funcionamiento correcto y óptimo es muy importante el diseño previo por parte del arquitecto y constructor de aislamientos, localización, canalizaciones, etc. Los sistemas de climatización consumen mucha energía por lo que hay que hacer un control energético Calefacción: El control de los elementos de calefacción (radiadores) dependerá del tipo de fluido térmico y del sistema empleado. El sistema de calefacción puede utilizar combustibles gaseosos (gas natural, metano o propano, gas ciudad), líquidos (fuel-oil, gasoil, gasolina) o sólidos (carbones, hulla, antracita y leña). El equipo de control de calefacción gestionará a multitud de radiadores. Es el sistema encargado de controlar a más alto nivel toda la instalación de calefacción: activa o desactiva el flujo energético principal, dispone de señales de entrada (temperatura exterior, paro/marcha manual, temporización de activación y desactivación, gobierno a distancia por modem, etc.). Disponen de un termostato, un dispositivo que regula automáticamente la temperatura y la mantiene a un valor determinado. Refrigeración: Su objetivo es disminuir la temperatura ambiente. Consumen gran cantidad de energía. Su esquema es el mismo, sustituyendo los radiadores por generadores de aire o aire acondicionado. Regulación del aire o ventilación: Su objetivo es aportar aire fresco y purificado en las habitaciones o locales de trabajo y la evacuación del aire viciado por humos, gases, etc. Existen dos tipos distintos: la ventilación natural, que suele ser por rendijas, por ventanas, por chimeneas... y la ventilación artificial, una ventilación forzada utilizando un sistema de extracción de aire. Sistema VAV: el sistema VAV o Volumen de Aire Variable es un sistema que permite regular de forma individual cada habitación. Utiliza un circuito de circulación por donde se impulsa el aire que luego retorna. Un regulador controla el servomotor que ataca a una compuerta que deja pasa el aire que ya viene impulsado. Un ventilador se encarga de distribuirlo por toda la habitación y el aspirador vuelve a tomar aire de la habitación y lo lleva de retorno para su depuración. Un sistema muy relacionado es el de deshumedificación. Su idea es aspirar el aire de la habitación y absorber toda su humedad convirtiéndola en agua. Accionamiento automático de persianas y de toldos: las ventanas son un punto muy importante en la automatización de un edificio. Se puede actuar abriendo o cerrando la persiana para regular la entrada de luz, el toldo o la apertura de las hojas de la propia ventana. Este sistema se puede utilizar también como simulador de presencia.
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Figura N° 7: Controlador de persianas LCN
Mando a distancia: El mando a distancia puede realizarse mediante control remoto infrarrojo, RF u otra técnica, con el fin de poder brindar al usuario la facilidad de poder tener el accionamiento de muchos dispositivos de la vivienda en un control remoto, y activarlos o desactivarlos sin necesidad de ir a la ubicación de estos dispositivos.
Figura N° 8
Control a través del módem telefónico: permite un control a distancia de los distintos sistemas, exploración del estado de los sensores y receptores, recepción automática de alarmas mediante sistemas de colgado automático. El acceso al módem se realiza mediante un teléfono normal, con una llamada al número telefónico asignado al punto de acceso donde está conectado el módem y se envían las señales codificadas con la información de la acción que se quiere realizar en la instalación. El módem, también puede realizar llamadas al usuario para avisarle de alguna alarma.
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Figura N° 9: Control por MODEM
Control a través de Internet: permite un control a distancia de los distintos sistemas utilizando un ordenador remoto que se conecta vía Internet a un ordenador local que gobierna la instalación. La forma de interacción del usuario con el sistema se realiza a través de una aplicación o página web. En la Figura se muestra un ejemplo.
Figura N° 10: proyecto domoweb
Algunas gestiones de confort que se implementan en los sistemas domóticos: Temporizadores: son programadores horarios. Permiten la generación de órdenes de actuación a distintos receptores dependiendo del plan o secuencia temporal, que puede ser diario, semanal, mensual, etc. Para ello, normalmente dispone de n salidas que pueden estar o no activas durante una secuencia cíclica temporal. Una orden de temporización se suele configurar indicando: salida a activar, hora de actuación, duración de la señal activa, día de la semana.
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Figura N° 11: Temporizador
Aspiración: la aspiración centralizada consiste en suplantar a la aspiradora convencional mediante un sistema de aspiración construido por todo el edificio. Está formado por una unidad central de aspiración situada normalmente en garajes, terraza, patio, etc. y un circuito de tuberías que recorre toda la casa y tiene una toma de aspiración en cada habitación donde se puede conectar una manguera de plástico que provoca la aspiración inmediata. Ascensores: el ascensor está pensado para casas de varias plantas, edificios de oficinas y casas de personas mayores o minusválidos. Permite llevar de una planta a otra a varias personas. Suelen incorporar sistemas de prevención de averías, alarma, paro y apertura de puerta, comunicación bidireccional para casos de personas atrapadas, línea telefónica, etc. Accionamiento automático de riego: permiten el control automatizado del riego. Está formado por un regulador de humedad que controla el valor de la humedad de la tierra comparándola con un valor de referencia y opera de manera todo/nada sobre la válvula de agua que da paso a un flujo de agua que mueve uno o más aspersores. Este sistema se puede controlar de forma manual, por módem, a través de temporizador, automática, etc.
Figura N° 12: control de riego
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Unidades de control activadas por la voz: son unidades de control de los actuadores que se activan por voz. Para ello disponen de un sistema de análisis de voz, capaz de interpretar sencillos mandatos que provocan las órdenes de activación. El sistema previamente realiza la grabación de los mensajes y les asocia a cada uno una salida de control. También pueden dar avisos y mensajes. Se utilizan generalmente con personas con algún tipo de discapacidad física o sensorial y con ancianos. 3.2. Gestión de seguridad
La seguridad es una de las áreas más importantes de la domótica e inmótica, ya que de ella depende la integridad física de las personas y del inmueble. Su principal objetivo es la protección frente a los distintos agentes y/o factores que ponen en peligro la seguridad. Normalmente consiste en una serie de sensores que actúan sobre unas señales acústicas, luminosas o un módem para enviar una señal de alarma a distancia. También pueden actuar sobre electroválvulas para activar válvulas de paso de agua si hay incendio, cerrar el gas, apertura de puertas, corte de aire acondicionado, etc. Existen muchos sistemas propietarios y una abundante legislación al respecto. Los objetivos más importantes son: Detectar situaciones de peligro o riesgo. Avisar mediante sistemas sonoros o vía módem. Realizar actuaciones orientadas a las personas y a las instalaciones. Por tanto se pueden resumir las tareas de un sistema de seguridad en: Cuadro N° 01
PREVENSIÓN Se deben determinar potenciales fuentes de peligro RECONOCIMIENTO Consiste en validar la señal autentificando su procedencia. Se suelen utilizar sistemas redundantes que protegen de falsas alarmas REACCIÓN ANTE Pueden ser de dos tipos: manual, donde el sistema envía ALARMAS una señal de alarma remota o telefónica a policía, hospital, etc. y las personas toman las decisiones, y la automática en la que el sistema actúa cortando la electricidad, cortando el gas, abriendo puertas, etc De los elementos básicos que componen los sistemas de seguridad cabe citar los siguientes: Elementos de actuación: Se encargan de realizar acciones para proteger a las personas o al edificio como: cerrar válvulas del gas, cortar la energía, cortar el paso del agua, cortar el aire acondicionado, activar el circuito contra incendios, abrir puertas y ventanas, etc. A distancia: Vía teléfono, vía radio, ultrasonidos. Especiales: como cámaras de circuito cerrado, cámaras fotográficas.
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Figura N° 13: Elementos de actuación a distancia
Figura N° 14: Alarmas luminosas y sonoras.
Tipos de sistemas de seguridad Se pueden diferenciar los siguientes
:
Sistemas de alarmas técnicas: se activan cuando se produce una variación de un parámetro físico o químico en el medio. Sirven para detectar incendios, inundaciones, escapes de gas, etc. Cada sensor se asocia con un actuador que pueda paliar el efecto de la alarma.
Figura N° 15
Se dispone de salidas acústicas, luminosas y telefónicas para avisar al usuario de la existencia de la alarma.
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Sistemas antirrobo: se encargan de impedir la entrada de personas ajenas al edificio o vivienda y de disuadirlas en sus intentos. Utilizan detectores de presencia, sensores de rotura de cristales, etc. y simuladores de presencia que encienden luces y abren y cierran puertas Sistemas de control de acceso: permiten controlar el paso de personas mediante detectores de metales, barreras infrarrojas, etc. Incluso identifican a las personas que entran y salen mediante tarjetas magnéticas de identificación, llaves codificadas, teclado con clave de apertura, lector de huellas dactilares, pupilas, activación por voz, o cualquier otra señal biométrica. También se puede hacer una identificación manual mediante videoportero con una pequeña cámara, un cable de vídeo y una pantalla. Sistemas de alarmas médicas: controlan parámetros biológicos como: presión arterial, azúcar en la sangre, etc. Disponen de sensores en el cuerpo y emisores de señales de alarma local o remota por módem.
Figura N° 16: Pulsadores de pulsera y colgante para el control de accesos
3.3. Gestión de la energía
Trata de controlar y optimizar el gasto energético de todos y cada uno distintos sistemas que utilizan energía en el edificio. Su utilización es muy importante para reducir los gastos de (los usuarios y bien recibida por las suministradoras y los gobiernos. Divide el edificio en circuitos prioritarios en los que no se corta nunca la corriente iluminación, enchufes, etc.) Y circuitos no prioritarios, que son los que se controlan en función de la energía consumida. La gestión de la energía se encarga de: Uso racional de la energía. Estrategias para consumir sólo la energía necesaria sin despilfarras. Para ello el usuario debe estar informado y utilizar sistemas que permitan la regulación.
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Figura N° 17: Gestión de la energía X-10
Prioridad en la conexión de cargas. Establece una tasa máxima de consumo simultáneo y un orden de prioridades en los actuadores para desconectarlos en orden cuando se sobrepasa. Se necesita un sistema que lea los consumos de cada circuito. Permiten la desconexión de cargas eléctricas en función del consumo eléctrico instantáneo. Uso de tarifas especiales. Aprovecha las horas valle donde es más barato el Kwh y utiliza sistemas receptores que tengan funcionamiento acumulador como: sistemas acumuladores de agua caliente, calefacción por acumulación, lavadoras, etc. Deriva el funcionamiento de los equipos a zonas horarias con tarifas más económicas. Utilización de sistemas de acumulación. Se alimentan en tramos horarios de menor coste y luego entregan la energía acumulada normalmente en forma de calor. Utilizan sistemas temporizadores para activarse, ya explicados anteriormente. Zonificación de la calefacción y aire acondicionado. Consiste en permitir la activación por habitación o zona según un horario, calendario, presencia en las habitaciones, temperatura, humedad, etc. La instalación de climatización en el edificio se divide en varias zonas independientes de regulación y programación. Programación de la climatización. El usuario puede programar el funcionamiento de la instalación según sus necesidades o deseos. El usuario puede modificar en cualquier momento la programación. Se puede seleccionar entre modo de funcionamiento manual o programado. Entre los dispositivos utilizados para gestionar la energía, se encuentran: Racionalizador: es un aparato que mide el consumo energético de una instalación, y cuando se llega a unos niveles prefijados conecta o desconecta unos u otros dispositivos. Su objetivo es que en ningún momento se supere la máxima potencia contratada para la instalación. Existen dos tipos de racionalizadores:
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1. Racionalizador amperimétrico. Compara constantemente la energía eléctrica consumida con la de referencia o contratada y si se supera actúa sobre los circuitos no prioritarios. 2. Racionalizador cíclico. Permite racionalizar las desconexiones para que no haya sistemas más penalizados que otros, estableciendo una rotación y tiempos de desconexión. Sistemas acumuladores: los sistemas acumuladores permiten utilizar las horas de tarifa nocturna, que tienen hasta un 50% de ahorro por Kwh que las horas diurnas. Actualmente el horario en España es de 23:00 a 7:00 en invierno y de 00:00 a 8:00 en verano.
Figura N° 18: Acumuladores dinámicos y estáticos de Kelkoo
Control selectivo de las cargas: consiste en ir desconectando dispositivos por orden de prioridad en función del nivel de consumo sobrepasado con respecto al máximo. Hay un elemento general de desconexión de cargas y un elemento por dispositivo. El controlador recibe toda la información de las medidas de corriente y en función de los consumos y el orden de prioridad, desconecta o no la carga. El control de cargas puede estar en función de parámetros ambientales y de confortabilidad. El confort suele estar en contraposición del ahorro, pero la persona es responsable directamente y es ella la que tiene el control manual de todos los dispositivos y quien toma la decisión final. Tener en cuenta los parámetros ambientales puede mejorar el ahorro, por ejemplo, controlar la cantidad de luz exterior que entra para apagar o no las luces, subir persianas y apagar luces, controlar la temperatura abriendo ventanas y desconectando el aire acondicionado, etc. 3.4. Gestión de las comunicaciones
Es el área menos desarrollada de la gestión técnica, aunque crece en la actualidad debido a las nuevas posibilidades de las telecomunicaciones. Aunque hay soluciones, son poco integradoras, debido al problema de enviar distintos tipos de señales por la misma línea. Se debe disponer de
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una red que permita la transmisión de información (voz, datos, imagen, control) por el mismo canal a altas velocidades. Algunos de sus principales objetivos son: Control remoto de equipos e instalaciones. Activación remota de equipos e instalaciones domésticas o de edificios. Transmisión de alarmas. Envío hacia el exterior de cualquier alarma que se produzca en la vivienda o edificio. Comunicaciones externas: permiten la transmisión o el intercambio de información de la instalación con el exterior. Algunos ejemplos son: Control remoto del sistema vía telefónica. Permite la gestión de cargas desde un teléfono convencional aprovechando la línea telefónica. Control remoto del sistema a través de Internet. Permite la gestión de cargas desde un ordenador remoto que se conecta vía Internet a un ordenador local conectado a la instalación.
Figura N° 19: Red domótica
Centralitas telefónicas : Distribuyen la señal telefónica. Sistema de recepción y distribución de la señal de TV. Permite la recepción de la señal de TV ya sea terrestre, satélite o por cable y su distribución por el edificio. En la actualidad están apareciendo las denominadas pasarelas residenciales, que permiten interconectar una red inmótica con una red de comunicación de datos como una red local o incluso con Internet. La convergencia entre estos tres tipos de redes (control, datos y entretenimiento) se realizará mediante la llamada pasarela residencial (un
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sistema de comunicaciones de nueva generación que permitirá integrar redes y servicios de una manera escalable) que facilitará una conexión transparente a Internet de cualquier dispositivo eléctrico (mediante redes de control), informático (mediante redes de datos) o de vídeo / audio (mediante redes de entretenimiento). Las posibilidades que abre son muy grandes, pudiendo controlar y monitorizar todos los servicios de la gestión técnica de edificios de forma remota desde una simple página web. Pero también trae consigo grandes peligros de privacidad y seguridad. Algunos ejemplos de aplicaciones se verán en el siguiente capítulo
Figura N° 20: integración de los sistemas domóticos
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