AUTOMATIZACION DE SISTEMA DE ILUMINACION, AIRE ACONDICIONADO Y SEGURIDAD EN LA DIRECCION GENERAL DE TELEVISION EDUCATIVA

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y

ELECTRICA

TESIS

“AUTOMATIZACION DE SISTEMA DE ILUMINACION, AIRE

ACONDICIONADO Y SEGURIDAD EN LA DIRECCION

GENERAL DE TELEVISION EDUCATIVA”

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

“INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION”

PRESENTAN

PERLA IRIS SALAZAR GONZALEZ

NANCY NOHEMI GAYTAN GALLARDO

VICTOR HUGO LOPEZ CARRILLO

ASESORES

ING. ENRIQUE LOPEZ SANTINI

M. EN C. RICARDO NAVARRO SOTO

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ÍNDICE

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA I

OBJETIVO II

JUSTIFICACIÓN III

INTRODUCCION IV

CAPITULO 1.- ANTECEDENTES 1

1.1.- INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION DE EDIFICIOS 1

1.1.1.- EDIFICIO AUTOMATIZADO 1 1.1.2.- EDIFICIO DOMOTICO 2

1.1.3.- EDIFICIO INMOTICO 3

1.1.4.- EDIFICIO INTELIGENTE 3 1.1.5.- LOS DISPOSITIVOS PARA AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL 5 1.2.- SERVICIOS A GESTIONAR EN LA AUTOMATIZACION DE EDIFICIOS 6

1.2.1.- CONTROL Y REGULARIZACION DE LA ILUMINACION 6

1.2.1.1.- SITEMAS DE CONTROL AUTOMATICOS DE ILUMINACION 8

1.2.1.2.- ELEMENTOS DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE

ILUMINACIÓN 9

1.2.1.3.- SALIDA A INTERRUPTORES 10

1.2.1.4.- SALIDA A ATENUADORE 10

1.2.1.5.- SENSORES 11

1.2.1.6.- CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE CONTROL 17

1.2.2.- REGULACION DE TEMPERATURA 19

1.2.2.1.- CALEFACCION 19

1.2.2.2.- SISTEMAS DE CLIMATIZACION 20

1.2.3.- SISTEMAS DE SEGURIDAD 24

1.2.3.1.- TIPOS DE SISTEMAS DE SEGURIDAD 26

1.2.3.2.- SISTEMAS DE ALARMA 29

1.2.3.3.- TIPOS DE SEÑALES AUDIBLES 30

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

CAPITULO 2.- DESARROLLO DEL PROYECTO 33

2.1.- LOCALIZACION 33

2.2.- UBICACIÓN 35

2.3.- DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO GENERAL 36 2.4.- SISTEMA DE ILUMINACION 37 2.4.1.- DESCRIPCION DEL PROCESO 47 2.4.2.- SELECCIÓN DE EQUIPO 49 2.4.3.- PROGRAMACION DEL PLC 56 2.5.-SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO 61 2.5.1.- ESTRATEGIA DE CONTROL 62 2.5.2.- AUTOMATIZACION Y CONTROL 64 2.5.3.-SELECCIÓN DE COMPONENTES PARA CONTROL Y

AUTOMATIZACION 68

2.6.- SISTEMA DE SEGURIDAD 69

2.6.1.- SISTEMA DE CONTROL DE ACCESOS 69 2.6.1.1.- ESTRATEGIA DE CONTROL 69 2.6.1.2.- EQUIPO A UTILIZAR 71 2.6.2.- SISTEMA DE DETECCION DE HUMO 73 2.6.2.1.- ESTRATEGIA DE CONTROL 73 2.6.2.2.- PROGRAMACION DE PLC 75 2.6.2.3.- EQUIPO A UTILIZAR 76 2.6.2.3.1.- DETECTOR DE HUMO 76

2.6.2.3.2.- BOCINAS 79

2.6.2.3.3.- ESTROBO 79

2.6.3.- SISTEMA DE CIRCUITO CERRADO DE TELEVISION (CCTV 80 2.6.3.1.- EQUIPO A UTILIZAR 83

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

CAPITULO 3.- ANALISIS DE COSTOS 90 CAPITULO 4.- IMPACTO AMBIENTAL 99

4.1.- MEDIO AMBIENTE 99

4.2.- CONTAMINACION AMBIENTAL 99 4.3.- PERTURBACIONES AMBIENTALES 100 4.4.- NECESIDAD DE CONSERVAR EL MEDIO AMBIENTE 100 4.5.- CONSECUENCIA SOBRE LA SALUD 100 4.6.- CONSECUENCIAS SOBRE EL CONFORT 101 4.7.- IMPACTO AMBIENTAL EN LA IMPLEMENTACION DEL PROYECTO 101

CONCLUCIONES 104

ANEXOS 105

GLOSARIO 151

(5)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. Sistema Automático de Control de una Lámpara de Descarga. 9

FIGURA 2. Diagrama de carga de Iluminación en una oficina típica. 15

FIGURA 3. Refrigeración por compresión. 20

FIGURA 4. Refrigeración por absorción 21

FIGURA 5. Bocinas. 30

FIGURA 6. Sirena. 30

FIGURA 7. Campanilla. 31

FIGURA 8. Sirena 32

FIGURA 9. Mapa de la republica mexicana. 33 FIGURA 10. Mapa Del Distrito Federal. 34 FIGURA 11. Mapa De Ubicación. 35 FIGURA 12. Diagrama De Proceso General 36 FIGURA 13. Ejemplo para obtener las dimensiones de un local. 41 FIGURA 14. Diagrama de flujo del sistema de iluminación. 48 FIGURA 15. Sensibilidad de sensor PIR. 49 FIGURA 16. Detección de sensor ultrasónico. 50 FIGURA 17. Detección de sensor múltiples tecnologías. 51 FIGURA 18. Sensores de ocupación de múltiples tecnologías 52

LEVITON OSW12-MOW y campo de visión.

FIGURA 19. Sensor de ocupación de múltiples tecnologías 53 LEVITON OSC10-MOW y campo de visión.

FIGURA 20. Sensor de ocupación infrarrojos LEVITON ODCOS-I1W 55 y campo de visión.

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

FIGURA 31. Sensor de temperatura (VAISALA HUMICAP® HMW60). 68

FIGURA 32. Diagrama de flujo del sistema de control de acceso. 70 FIGURA 33. Controlador de acceso. 71 FIGURA 34. Diagrama de flujo del sistema de detección de incendio 74 FIGURA 35. Programación de PLC Sistema de Detección de Incendios. 75 FIGURA 36. Detector de humo iónico ajustable Modelo di-6. 76 FIGURA 37.

Bocina roja de 84 db. Modelo U7SG67

79

FIGURA 38.

Estrobo color rojo (tane) .Modelo MNSTRR.

79

(7)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. Derroche por factor ocupacional. 12

TABLA 2. Niveles de iluminación por área de trabajo. 40 TABLA 3. Valoración de deslumbramiento. 43 TABLA 4. Distribución de luminarias en el edificio. 46

TABLA 5. Sensores por área. 56

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

“SOLUCIONES AUTOMATICAS”

La Dirección General de Televisión Educativa (DGTVE) requiere que

en su edificio se gestione los sistemas de iluminación, el aire acondicionado

y la seguridad.

En cuanto a la iluminación y aire acondicionado solo se solicita una

automatización y control, para evitar el gasto energético y los elevados

costos del consumo de servicio así como la contaminación.

El sistema de seguridad se propone completamente y consta de 3

acciones que son: control de acceso, circuito cerrado de televisión y

detección de incendios, esto para el control de quien ingresa al edificio,

(9)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL II

OBJETIVO

Automatizar los sistemas de iluminación, aire acondicionado y

seguridad mediante un Controlador Lógico Programable (PLC) para ofrecer

un lugar seguro y con confort y así poder conseguir un nivel de

estandarización. Satisfaciendo las necesidades presentes y futuras de los

ocupantes del edificio y con todo esto logrando la estimulación en el

(10)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL III

JUSTIFICACION

Debido a las problemáticas detectadas en la Dirección General de

Televisión Educativa (DGTVE) perteneciente a la secretaria de educación

publica, que son la falta de sistemas de seguridad y control de personal y

falta de confort para sus Instalaciones, y aunado a esto podemos realizar una

disminución considerable en el consumo de energía.

Estos sistemas que se van a implementar por medio de un control con

PLC, nos van ayudar a tener un mayor control de la seguridad tanto como

de los empleados y a su vez con la automatización de el sistema de luz

vamos a obtener un ahorro mucho mayor del que ya existía con sus

lámparas fluorescentes que era de un 50% del promedio normal ahora

realizando esto se va a obtener un 80% de ahorro energético lo cual se vera

reflejado monetariamente para la empresa y aunado con el confort que estos

sistemas van a brindar a todo el personal y su trabajo será mas productivo

(11)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL IV

INTRODUCCIÓN

Históricamente el hombre ha construido edificios para crear un entorno

controlado para poder vivir y para poder trabajar. Pero a lo largo de las

últimas décadas han cambiado las prioridades en el diseño y la organización

de edificios, especialmente en el caso de las oficinas.

En el capitulo uno se ase mención de los diferentes conceptos aplicados

a edificios, lo que es un edificio automatizado que se caracteriza por tener

algún tipo de automatismo, el edificio domotico encaminado a la

automatización de casas orientado a la calidad de vida, edificio inmotico a

diferencia del domotico este se emplea para la automatización de edificios

mas grandes como hoteles, museos o bancos, y el edificio inteligente el cual

debe ser un edificio domotico o inmotico que además presente alguna

característica que se pueda considerar como inteligente como por ejemplo: el

manejo inteligente de la información, la integración con el medio ambiente, la

facilidad con la interacción con los habitantes y anticiparse con sus

necesidades, etc. Dentro del mismo capitulo se indica los servicios a

gestionar en la automatización del edificio, lo que es el sistema de

iluminación, el sistema de aire acondicionado y el sistema de seguridad, así

como las características y tipo de elementos de los cuales se constituye cada

uno de los sistemas.

El capitulo dos es el desarrollo del proyecto, se señala la ubicación y

localización del edifico a automatizar, se realiza el desglose de cada uno de

los sistemas asiendo mención de la propuesta de control para cada uno de

los sistemas a gestionar mediante PLC, se delimitan los sistemas a sistema

de iluminación, sistema de aire acondicionado y sistema de seguridad este

se divide en tres subsistemas control de acceso, circuito cerrado de televisión

(12)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL V con la instalación eléctrica completa y se encuentra diseñado de una forma

tradicional, es decir, se tienen apagadores para encender las luminarias de

las oficinas, cuenta con aire acondicionado, se encuentra vigilado por

personal de seguridad, y no cuenta con alarmas para incendio.

Para el sistema de iluminación se ase la propuesta de encendido

automático, realizando el control con PLC, mediante sensores de presencia

ubicados en todo el edificio (oficinas, recepción, pasillos, baños, escaleras),

se menciona los tipos de sensores empleados para la activación de las

lámparas, se realiza el programa correspondiente para el funcionamiento del

sistema.

En el sistema de aire acondicionado, se hace la propuesta de control

para la regulación del aire, con sensores de temperatura mediante el PLC,

realizando la programación correspondiente para el trabajo adecuado del

sistema.

Dentro del sistema de seguridad del edificio, para el control de acceso

considerando que el edificio cuenta con un acceso principal y uno posterior,

se propone tenerlo controlado mediante lectoras de tarjetas magnéticas las

cuales cuentan con información de cada uno de los empleados del edificio,

estas tarjetas serán únicas e intransferibles y también se contara con

tarjetas para visitantes las cuales les serán entregadas a cambio de una

identificación, con esto se podrá llevar un control de todas las personas que

entran y salen del edificio, horarios y fechas que serán registrados y podrán

ser visualizados en el cuarto de control principal, así como también se

propone un Sistema Cerrado de Televisión (CCTV) para tener vigilada la

(13)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL VI Igualmente se plantea un sistema de detección de incendio el cual

estará integrado por sensores de humo que al activarse mandaran señal a

las alarmas sonoras dentro de la instalación mediante PLC. Se elige sistema

de detección en lugar de un sistema de acciones correctivas ya que son

oficinas que en su mayoría cuentan con equipo de cómputo y que podrían

resultar dañadas mediante estas acciones, solo se utilizara la detección

inmediata para así poder elegir la forma más adecuada de acabar con el

posible conato de incendio.

En este mismo capitulo se realiza la selección del PLC (PLC de la

familia SIMATIC S7-300 de la Marca Siemens) tomando en cuenta, el

numero de entradas y salidas que se van a controlar por sistema, los costos

de PLC que cubran con las necesidades requeridas, la capacidad de la

memoria del programa, tiempos de ejecución del programa, en el caso de la

iluminación que cuente con reloj en tiempo real para la programación de

horarios de encendido y apagado.

El capitulo tres es análisis de costos, en el cual se ase mención del

costo de cada uno de los elementos requeridos para la automatización de

cada uno de los sistemas a controlar, tales como PLC, sensores, cámaras,

así como costos por ingeniería y diseño. Dentro de lo que es el capitulo

cuatro de impacto ambiental, se ase mención de las repercusiones

(14)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 1

CAPITULO 1.- ANTECEDENTES

1.1 INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION DE

EDIFICIOS

La automatización de grandes edificios y viviendas, inmótica y

domótica, es uno de los campos con más perspectivas y proyección de los

últimos años, propiciado por el gigantesco avance que a lo largo de varias

décadas llevan experimentando las tecnologías de la información y de la

comunicación, popularmente conocidas por Tecnologías de la Información y

las Comunicaciones (TIC).

Antes de realizar cualquier tipo de instalación, debemos saber que

tecnología es la ideal para implementar en un edificio.

1.1.1 EDIFICIO AUTOMATIZADO

Edificio automatizado es un término clásico utilizado para referirse a

un edificio o vivienda que tiene algún tipo de automatismo. De forma que,

ante una solicitud prevista, da una respuesta adecuada dentro de una gama

acotada y ordenada al mecanismo correspondiente para que actué en

consecuencia. Incluye tres áreas: confort, ahorro energético y seguridad.

Surge de la aplicación directa de la automatización, que comenzó en el siglo

XIX, con el desarrollo industrial, que permitía controlar y establecer

secuencialmente los procesos productivos. De hecho, los primeros sistemas

de control aplicados a edificios fueron los mismos autómatas que se

aplicaban en la industria.

En los edificios las primeras funciones que se controlaban eran el

(15)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 2 un óptimo consumo. Posteriormente se comenzó a controlar otras funciones

como el grado de humedad, la presión, el caudal del aire, etc. Además el

desarrollo de la electrónica permitió un control descentralizado de estos

procesos, y finalmente la informática permitió una gestión del edificio en su

control y centralización.

Los ejemplos mas típicos de edificios automatizados son los grandes

centros comerciales, los edificios de oficinas y bancos, a los cuales desde

hace años se han ido añadiendo servicios: las escaleras mecánicas, la

calefacción centralizada, control de iluminación, detectores de humo y

antirrobo, etc.

1.1.2 EDIFICIO DOMOTICO

El término demótica es ampliamente utilizado en la actualidad, aunque

a veces de forma incorrecta, ya que se usa casi siempre para indicar

cualquier tipo de automatización. La palabra domótica, proviene de la palabra

“domo” etimológicamente proviene del latín domus que significa casa, y el

sufijo “tica” proviene de la palabra automática, aunque algunos autores

también diferencian entre “tic” de tecnologías de la información y de la

comunicación, y “a” de automatización. Este término proviene de la palabra

francesa “domotique” que se define como “el concepto de vivienda que

integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestión de la

energía, comunicación, etc.

Es decir el objetivo es asegurar al usuario de la vivienda un aumento

del confort, de la seguridad, del ahorro energético y de las facilidades de la

comunicación. Por lo que domotica se refiere al conjunto de técnicas

utilizadas para la automatización de la gestión y la información de las

(16)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 3

1.1.3 EDIFICIO INMOTICO

Es un término algo desconocido que se refiere a la gestión técnica de

edificios, y por tanto esta orientado a grandes edificios: hoteles,

ayuntamientos, bloques de pisos, museos, oficinas, bancos, etc. A diferencia

de la domotica, mas orientada a casas unifamiliares, la inmotica abarca

edificios mas grandes, con distintos fines específicos y orientados no solo a

la calidad de vida, sino a la calidad del trabajo. Por lo tanto la parte mas

importante es determinar que funciones se desea gestionar

automáticamente, cuando y como. Para ello se emplearan las mismas

técnicas de automatización de la domotica pero particularizadas a los

sistemas de automatización que se desea incorporar. Por ejemplo en un

museo arqueológico puede automatizar la humedad de ambiente en las

distintas salas y vitrinas, lo que es poco habitual en una vivienda normal.

La inmotica se define como la incorporación al equipamiento de

edificios singulares o privilegiados, comprendidos en el mercado terciario e

industrial, de sistemas de gestión técnica automatizada de las instalaciones.

1.1.4 EDIFICIOS INTELIGENTES

El término de edificios inteligentes es muy utilizado en la actualidad,

aunque el calificativo de inteligente puede ser pretencioso. Fue en foros

informáticos donde se comenzó a utilizarse a sistemas con capacidad de

procesar datos y conseguir un comportamiento similar al humano. De esta

manera en principio se podría entender por edificio inteligente un edificio

domotizado al que se le incorpora inteligencia artificial para simplificar el

mantenimiento, hacerlo tolerante a fallos, etc. Pero el termino inteligente es

muy amplio y se puede referir a muchos otros aspectos del edificio, como la

(17)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 4 ambiente (edificio sostenible y ecológico), etc. Por lo tanto, un edificio

inteligente debe ser un edificio domotico o inmotico que además presente

alguna característica que se pueda considerar como inteligente como por

ejemplo: el manejo inteligente de la información, la integración con el medio

ambiente, la facilidad con la interacción con los habitantes y anticiparse con

sus necesidades, etc.

• Inteligencia Artificial. Para que un edificio pueda considerarse

inteligente, no solo ha de incorporar elementos o sistemas basados en

las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, si no que

debe utilizarlos de forma inteligente para optimizar el control y

automatización del edificio. Esta inteligencia se refiere a la simulación

de comportamientos inteligentes mediante técnicas de inteligencia

artificial, como por ejemplo, los sistemas expertos, redes neuronales,

algoritmos evolutivos, etc., que permite que el sistema inmotico o

domotico pueda responder automáticamente y una forma optima ante

diferentes situaciones diarias sin la necesidad de una orden directa del

usuario.

• Ambiente Inteligente. Aunque este concepto se podría integrar dentro

de la inteligencia artificial, se ha diferenciado debido a sus

características particulares. El ambiente inteligente esta formado por

una concentración de nuevos conceptos, como la computación ubicua,

la computación móvil o sin cables, el reconocimiento y adaptación de

usuarios, los interfaces de usuario y de la información multimodales,

etc. Un ambiente inteligente es un entorno en donde los usuarios

interactúan de forma transparente con multitud de dispositivos

conectados entre si, en un sentido sociológico de relación de tareas.

(18)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 5 sociedad de la información donde se facilita el uso eficiente de los

servicios y las interacciones naturales con el ser humano.

• Medio Ambiente. La conservación del medio ambiente es un aspecto

muy de actualidad que también se empieza a tener en cuenta con la

construcción de los edificios. Tanto es así que también se ha

empezado a denominar edificios inteligentes a aquellos que integran

tanto en su exterior como su interior a su medioambiente para producir

el mínimo impacto y aprovechar todos los sistemas pasivos de

climatización, ventilación e iluminación de forma natural y/o

complementarlos con sistemas electromecánicos eficientes. Este tipo

de edificios desde un punto de vista medio ambiental se han

denominado edificios ecológicos, edificios sostenibles, etc.

Hay que diferenciar claramente entre edificios inteligentes, domotica e

inmotica, ya que tienden a utilizarse indistintamente. Los términos domotica e

inmotica pueden incluirse dentro del de edificios inteligentes, pero estos

pueden además tener en cuenta mas factores además de la automatización

del edificio, como la ecología, la inteligencia artificial, etc. En cambio, los

edificios que solo poseen instalaciones como climatización, seguridad,

ascensores, etc. No son inteligentes sino solo automatizados.

1.1.5 LOS DISPOSITIVOS PARA AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

Los dispositivos que se deben instalar en los nuevos edificios para

posibilitar su automatizaron y control son, básicamente, los siguientes:

• El sistema (o sistemas) de control centralizado. Es el dispositivo

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 6 del edificio, según los parámetros de actuación establecidos por los

usuarios.

• Los sensores. Son los dispositivos encargados de recoger la

información de los diferentes parámetros a controlar (la temperatura

ambiente, la existencia de un escape de agua o gas, la presencia de

un intruso, etc.) y enviársela al sistema de control centralizado para

que ejecute automática las tareas programadas. Los hay de diversos

tipos (gas, temperatura, agua, humedad, luz, movimiento, rotura, etc.)

y están distribuidos por todo del edificio

• Los actuadores. Son los dispositivos utilizados por el sistema de

control centralizado para modificar el estado de ciertos equipos o

instalaciones (el aumento o la disminución de la calefacción o del aire

acondicionado, el corte del suministro de gas o agua, el envió de una

alarma a una central de seguridad, etc.). los hay de diversos tipos

(electrovalvulas de corte de suministro, sirenas, etc.) y están

distribuidos por todo el edificio.

1.2 SERVICIOS A GESTIONAR EN LA AUTOMATIZACION DE

EDIFICIOS

1.2.1

CONTROL

Y

REGULARIZACION

DE

LA

ILUMINACION

Permite controlar el grado de iluminación o cantidad de luz de las

habitaciones. Se basa en conceptos como cantidad de luz, numero de puntos

de luz, su intensidad, tipo de regularización de este tipo de luz,

(20)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 7 manual o automático. En este, el propio sistema controla a partir de un valor

que le da el usuario.

El control del sistema de iluminación puede ser:

• Autónomo: cada habitación independientemente.

• Centralizado: controla la unidad central, utiliza programación horaria.

Existen diferentes modos de control:

Modos de control

• Modo biestable: Es el mas sencillo, todo o nada, las lámparas

encendidas o apagadas. Si se quiere variar la intensidad deben de

encender varias luces.

• Modo analógico sin regulador: Modifica el grado de luminosidad de

una o varias lámparas mediante el control electrónico de la tensión o

de la corriente suministrada. El control se puede hacer mediante

impulsos, tiempo de pulsación o potenciómetro regulable, siendo en

general necesario el uso de electrónica de potencia.

• Modo analógico con regulador: 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

(21)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 8

1.2.1.1 SITEMAS DE CONTROL AUTOMATICOS DE ILUMINACION

Con el desarrollo de la electrónica de potencia, con componentes

capaces de manejar las corrientes y tensiones típicas de lámparas de

descarga de interfases de control y de los Controladores Lógicos

Programables (PLC por sus siglas en ingles), han aparecido en el mercado

equipos que realizan nuevas e inovativas funciones en los sistemas de

iluminación, entre ellos, los denominados Sistemas Automáticos de Control.

Un Sistema Automático de Control de Iluminación (SACI) puede ser

definido como un dispositivo de control de alumbrado artificial, que tiene la

finalidad de proveer alguna de las siguientes funciones:

• Encendido

• Apagado

• Atenuación (control de flujo luminoso)

Los SACI aparecen, entonces, como una alternativa al control manual,

realizado por el usuario o por el encargado (administrador) según su propio

criterio; con los SACI se ejecutan las mismas tareas automáticamente, y de

acuerdo a un patrón preestablecido, orientado al ahorro energético y en

función de una o mas de las siguientes variables:

• Nivel de iluminación por la luz artificial o natural

• Ocupación de áreas

(22)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 9

1.2.1.2 ELEMENTOS DEL SISTEMA AUTOMÁTICO DE CONTROL DE ILUMINACIÓN

En un sistema automático de control de iluminación, el bloque de control

actúa sobre el equipo auxiliar o directamente sobre la lámpara asociada,

pudiendo conmutar (encender o apagar) o bien atenuar la potencia de ellas.

El Bypass (puente de alimentación) permite la anulación del control

automático, recuperando el control manual. Por lo general, la atenuación se

realiza, con balastros electrónicos de alta frecuencia o con componentes

convencionales (balastros inductivos), aunque son menos apropiados. La

acción de control se ejerce sobre una o varias luminarias, pudiendo ser:

• Con salida a interruptores (encendido/apagado)

• Con salida a atenuadores (regulación continua)

La Figura 1 explica los elementos que conforman un sistema automático

de control para una lámpara de descarga.

(23)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 10

1.2.1.3 SALIDA A INTERRUPTORES

La salida a interruptores proveen un control para el encendido y

apagado; su confiabilidad proviene en que no involucra componentes

sofisticados. El control puede ejercerse sobre una o varias luminarias,

pudiendo emplearse tanto con sensores ocupacionales como con sensores

de nivel luminoso. Los equipos ofrecidos comercialmente soportan por lo

general carga de hasta 10 amperes, lo que es suficiente para conmutar

directamente unas 25 lámparas fluorescentes de 36W. Para instalaciones

con una mayor cantidad de iluminarías, como locales industriales o

deportivos, se precisa la ayuda de relevadores o contactores.

Si se usan sensores fotoeléctricos, con salida encendido/apagado, el

control se hace por escalones, es decir, se apagan o encienden grupos de

luminarias a la vez. Cuanto mayor sean estos escalones, más económica

resultará la instalación, aunque menor será el aprovechamiento de la luz

natural disponible. Por el contrario, escalones pequeños, aunque resulten

complejos, no sólo permiten un mejor aprovechamiento energético, sino que

evitan las distracciones de los usuarios ocasionados por las variaciones

perceptibles del nivel de iluminación. Por esta razón, el control por

atenuación de nivel de iluminación, mediante sensores fotoeléctricos podría

resultar más apropiado que el de encendido/apagado.

1.2.1.4 SALIDA A ATENUADORES

Es un sistema de control proporcional. La señal de control determina

cuál es la proporción de atenuación de flujo luminoso de las lámparas,

disminuyéndoles su potencia. La relación directa entre flujo luminoso y

potencia, denominada eficiencia luminosa, puede modificarse con la

(24)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 11 Equipos de mala calidad o mal instalados no sólo empeoran la eficacia

luminosa con la atenuación, sino que pueden afectar la vida útil de la

lámpara. No todas las lámparas son aptas para la regulación de su flujo

luminoso sin que experimenten algún tipo de inconvenientes. Recientes

desarrollos electrónicos permiten hacer funcionar tubos fluorescentes en

regímenes de baja potencia, por lo tanto, no hay limitaciones en el grado de

atenuación que puede realizarse, desde el 100% a valores tan bajos como el

1% sin parpadeos. Algunos fabricantes han desarrollado líneas especiales de

lámparas con capacidad de ser atenuadas, para ser usadas con balastos de

alta frecuencia preferentemente en instalaciones que posean regulación de

flujo. La información necesaria para una adecuada elección puede obtenerse

de los catálogos.

Tenemos que destacar que la regulación del flujo luminoso de

lámparas posibilita el máximo aprovechamiento de las continuas variaciones

de la luz natural con mínimas molestias para el usuario, quien no percibe

ningún cambio en la cantidad de luz. Además permite ahorrar la energía del

exceso de iluminación que puede estar originado, por ejemplo, por

sobredimensionamiento inicial de la instalación para lograr un buen factor de

mantenimiento. Este sobredimensionado inicial de la instalación (del orden

del 20%) se realiza para que la depreciación luminosa hasta el momento del

mantenimiento no deteriore el nivel de iluminación por debajo del mínimo

recomendable.

1.2.1.5 SENSORES

La finalidad de un sensor en un sistema de control para la iluminación

es evaluar las condiciones de los ambientes (cantidad de luz natural,

(25)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 12 Los tipos de sensores más conocidos y empleados se mencionan a

continuación:

-SENSOR OCUPACIONAL

El sensor ocupacional es un dispositivo que detecta la presencia de

personas en los locales, para realizar el control. El Derroche por Factor

Ocupacional (Dfo) ha sido caracterizado como un importante factor en la

ineficiencia en los sistemas de alumbrado. Valores típicos del desperdicio por

luces encendidas, en locales desocupados de un edificio, pueden ser del

25% de la energía total disipada en iluminación.

Son apropiados para este fin, dispositivos similares a los utilizados en

los sistemas de seguridad (alarmas antirrobo), los que están basados

principalmente en dos tipos de tecnología: infrarroja y de ultrasonido. En este

caso, el control es del tipo encendido/apagado, no siendo compatibles las

salidas de atenuación (salidas analógicas).

En la tabla 1 se muestra el Dfo producido en locales no ocupados con

luces encendidas.

TABLA 1. Derroche por Factor Ocupacional (Dfo).

Tipo de Local Dfo

Baños – Servicios 43%

Oficinas Individuales 27%

Salas de Reunión 23%

Laboratorios 19%

Talleres 3%

Existen dos tipos de tecnologías empleadas en los sensores

(26)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 13

TECNOLOGÍA DE INFRARROJOS

Los sensores Infrarrojos Pasivos (PIR por sus siglas en ingles)

consisten en optoresistencia que se hallan colimadas (obtención de un haz

de rayos paralelos) por una Lente de Fresnel. Detectan la ocupación del

espacio por diferencias de temperatura entre los cuerpos en movimiento y el

ambiente. Las lentes de Fresnel les otorgan una gran cobertura espacial. La

principal ventaja es que son económicos y el área de control está

perfectamente delimitada.

TECNOLOGÍA ULTRASÓNICA

Actúan por efecto Doppler (cambio de frecuencia de una onda),

producido por el movimiento de la fuente emisora. La señal ultrasónica de un

emisor de cristal de cuarzo, reflejada por los objetos del local, es recibida por

uno o más receptores, permitiendo la detección del movimiento por cambios

en el tiempo de retorno de la señal. Debido a que el sonido se propaga en

todas las direcciones, se denominan también detectores volumétricos,

característica que deberá considerarse cuando se realiza el diseño de una

instalación con este tipo de sensores, en atención a la existencia de fuentes

de perturbación que ocasionen falsos disparos.

-SENSOR FOTOELÉCTRICO

Un fotosensor es un dispositivo de control electrónico que permite

variar el flujo luminoso de un sistema de iluminación en función de la

iluminación detectada. Aprovechar la luz natural con el sistema de control

convencional significa considerar, en diferentes circunstancias, si la luz que

está ingresando por las ventanas es suficiente para la remisión total o parcial

(27)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 14 Los sensores no son otra cosa que elementos fotosensibles colimados

por un lente enfocado sobre el área de interés, como en el caso de sensores

Piroelectrico (PIR o detector de calor). Cuando se pretende integrar señales

de un área importante del local, son apropiados los lentes de Fresnel, o bien

lentes comunes orientados sobre un área más reducida, ya sea un escritorio

o una porción de pared. La ubicación de este punto, junto con el enfoque del

sensor, pareciera ser los puntos críticos de esta técnica, que frecuentemente

se ve perjudicada por falsos disparos.

Los lentes son enfocados hacia el área de trabajo, generándose la

señal de control, según la cantidad de iluminación que está recibiendo esa

zona del local. Si esta cantidad es mayor que el valor de calibración una

porción de la potencia de las lámparas controladas es atenuada. Primero se

conmutará (o atenuará, según el tipo de control) la fila más próxima a la

ventana, siguiendo con las restantes, según la cantidad de luz natural

disponible en cada zona. Esta técnica se conoce como zonificación. El

gradiente de esta atenuación deberá ser tal que los usuarios no lleguen a

percibir cambios ni diferencias de su medio ambiente visual.

El control fotoeléctrico es recomendable sólo en locales o zonas que

disponen de una buena contribución de luz natural. El denominado

Coeficiente de Luz Diurna (CLD) es el indicador más apropiado para evaluar

la luz natural de un local. Se define como el cociente de la iluminación interior

(en un punto) y la iluminación exterior producida por la luz natural (sin

considerar obstrucciones).

-SENSOR HORARIO (TEMPORIZADOR)

Son interruptores horarios programables que poseen más de un ciclo

(28)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 15 puede realizarse una programación en forma diaria, semanal, mensual o

anual y hasta incluir feriados. Una memoria no volátil (contenido de datos no

se pierde) con reserva horaria evita que un eventual corte de energía borre la

programación.

Estos dispositivos están indicados preferentemente para locales con

un patrón de ocupación muy regular y conocido, por ejemplo aulas escolares,

naves industriales, o locales de oficinas, para la pausa del mediodía o al final

de la jornada. En una oficina, cuyos horarios incluyan una pausa al medio

día, un control horario induce un ahorro adicional, al estimular un mayor uso

de la luz natural debido a que al regreso de la pausa, coincidente con la hora

de mayor aporte de luz natural, los ocupantes de los locales tienden a

encender en menor proporción las luces.

Un sistema de control con sensor horario trabajaría como lo muestra la

Figura 2.

a) Control Manual b) Control por Reloj

(29)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 16 a) Control Manual (usuarios):

• (A) Por las mañanas al inicio de las tareas, la disposición de luz

natural es mínima, los usuarios encienden todas las luces (la

utilización de la iluminación es máxima- 100%).

• (B-C) En la pausa del medio día, coincidente con la hora de

máxima disposición de luz natural, los ocupantes abandonan sus

locales dejando las luces encendidas.

• (D) Al final de las tareas, por descuido, algunas luces quedan

encendidas

• (E) Luces encendidas hasta la próxima jornada.

b) Control por Reloj, programado para apagar las luces a las 12:00 y 18:00,

aunque los usuarios pueden encenderlas a voluntad.

• (A) Por las mañanas al inicio de las tareas, la disposición de luz

natural es mínima, los usuarios encienden todas las luces (utilización

100%)

• (B) A las 12:00, pausa del medio día, el sistema apaga las luces. Sólo

quedan encendidas unas pocas luces indispensables.

• (C) Al regresar a sus tareas, conscientes con la hora de máxima luz

solar, los ocupantes sólo encienden parte de las lámparas,

aumentándose gradualmente según las necesidades, conforme

declina la luz diurna.

• (D) Corte de las 18:00. Con un dispositivo de control automático.

• (E) Ninguna lámpara queda encendida una vez finalizada la tarea.

Los dispositivos con control horario no se usan, por lo general, para

encender luces, quedando esta función como atributo de los ocupantes, que

(30)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 17 beneficioso usar el dispositivo de control para apagar antes que para

encender luces. Ya que es frecuente que algunos ocupantes permanezcan

en los lugares de trabajo más allá de los horarios establecidos, se

recomienda incluir una señal que les advierta que las luces van a ser

apagadas, en cuyo caso los usuarios optarán por retirarse o permanecer en

los locales anulando el dispositivo de control.

1.2.1.6 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE CONTROL

Las principales características o rasgos generales que debe tener un

sistema de gestión técnica se pueden resumir en los siguientes puntos:

• Simple y fácil de utilizar: El sistema de control debe ser simple y fácil

de utilizar para que sea aceptado por los usuarios finales. La interfaz

de usuario deberá ser sencilla e intuitiva de utilizar, para permitir un

aumento del confort.

• Flexible: Debe tener prevista la posibilidad de adaptaciones futuras, de

forma que ampliaciones y modificaciones se puedan realizar sin un

costo elevado ni un esfuerzo grande.

• Modular: El sistema de control del edificio debe ser modular

(permitiendo la zonificación), para evitar fallos que puedan llegar a

afectar a todo el edificio, y además debe permitir la fácil ampliación de

nuevos servicios.

• Integral: El sistema debe permitir el intercambio de información y la

comunicación con otros sistemas encargados de la gestión de las

diferentes áreas del edificio, de forma que los diferentes subsistemas

(31)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 18 De manera separada se establecen otras características específicas

desde el punto de vista del usuario final y desde el punto de vista técnico:

• Criterios referentes al usuario final: Posibilidad de realizar

preinstalación del sistema en la fase de construcción. Facilidad de

ampliación e incorporación de nuevas funciones. Simplicidad de uso.

Grado de estandarización e implantación del sistema. Variedad de

elementos de control y funcionalidades disponibles. Tipo de servicio

postventa. Control remoto desde dentro y fuera del edificio. Facilidad

de programación del sistema. Acceso a servicios externos:

telecompra, teleinformación, teletrabajo, etc.

• Criterios desde el punto de vista técnico, en cuanto a las

características técnicas se tiene:

-Topología de la Red (cadena de comunicación usada por los nodos

que conforman una red para comunicarse): estrella (reduce la

posibilidad de fallo de red conectando todos los nodos a un nodo

central), de bus (se caracteriza por tener un único canal de

comunicaciones al cual se conectan diferentes dispositivos), en anillo

(cada estación está conectada a la siguiente y la última está

conectada a la primera), en árbol (puede ser vista como una colección

de redes en estrella ordenadas en una jerarquía).

-Arquitectura de Red: centralizada, descentralizada, distribuida.

-Medio de Transmisión: medios guiados (par trenzado, cable coaxial,

líneas de poder, fibra óptica), medios no guiados (radiofrecuencia,

(32)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 19 -Protocolo de Comunicaciones: estándar (permite a los dispositivos

comunicarse entre si), propietario (permite la comunicación entre

equipos del mismo tipo).

-Velocidad de Transmisión (velocidad con la cual un dispositivo

transmite la información)

1.2.2 REGULACION DE 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

funcionamiento correcto y óptimo es muy importante del 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.

1.2.2.1 CALEFACCION

El calor eléctrico se produce al convertir la energía en calor. Ello se

consigue por medio de la inclusión de una resistencia conocida de

determinado material en un circuito eléctrico. El precio de compra de los

elementos calefactores eléctricos es normalmente inferior al de otros

sistemas de calefacción y su instalación y mantenimiento son menos

costosos.

Tipos de dispositivos de calefacción

• Calefacción eléctrica.

• Calefacción por gas.

• Calefacción por derivados del petróleo.

(33)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 20

• Calefacción por solar.

• Calefacción por leña.

El control de calefacción dependerá del tipo de fluido térmico y del

sistema empleado.

1.2.2.2 SISTEMAS DE CLIMATIZACION

Los sistemas de climatización tienen su fundamento en el ciclo

termodinámico de refrigeración por compresión o por absorción de un gas

refrigerante.

El ciclo de refrigeración por compresión se compone de cuatro

procesos: Compresión, condensación, expansión y evaporación del gas

refrigerante como sustancia de trabajo. En el ciclo por absorción, además de

que la sustancia de trabajo y su compresión es diferente, el proceso y equipo

de compresión del primero se sustituye por un mecanismo de absorción

compuesto por un absorbedor, una bomba, un generador, un regenerador,

una válvula de expansión y un rectificador.

El primero utiliza una fuente de energía normalmente eléctrica para el

compresor y, el segundo, una fuente de calor disponible más económica.

(34)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 21 La figura 3 ilustra conceptualmente el ciclo de Refrigeración por

compresión de un gas Refrigerante. Durante el proceso de compresión el gas

refrigerante es comprimido hasta la presión del condensador, alcanzando

una temperatura bastante superior a la del medio circundante, valor que es

reducido a la temperatura de saturación a presión constante en el proceso de

condensación y una sustancia secundaria –aire o agua- absorbe la energía

térmica en el condensador.

En la expansión el refrigerante se estrangula hasta la presión del

evaporador, descendiendo la temperatura del refrigerante por debajo de la

del espacio refrigerado durante el proceso.

En el proceso de evaporación, el gas refrigerante, en su condición de

mezcla saturada de baja calidad, circula por el evaporador y se evapora

totalmente absorbiendo el calor del espacio refrigerado por medio de otra

sustancia secundaria –aire o agua-. El evaporador descarga el gas

refrigerante como vapor saturado al compresor para cerrar el ciclo

termodinámico.

FIGURA 4. Refrigeración por absorción

En la figura 4 se muestra conceptualmente el ciclo de Refrigeración

(35)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 22 compuesta por un refrigerante y un absorbente, siendo más común la

solución acuosa de amoníaco, la solución de bromuro de litio y la solución de

cloruro de litio respectivamente.

En la primera solución, el amoníaco actúa como refrigerante y el agua

como medio de transporte. En las dos soluciones acuosas restantes, el agua

es el refrigerante y el bromuro o cloruro de litio el absorbente y medio de

transporte. Las dos últimas soluciones son más comúnmente utilizadas en

los sistemas de climatización, donde la temperatura mínima está por encima

del punto de congelación del agua. En este ciclo, el proceso de compresión

se sustituye por el mecanismo de absorción.

El refrigerante como vapor saturado que descarga el evaporador lo

entrega al absorbedor y, mediante una reacción química exotérmica con el

absorbente, se disuelve en una solución líquida formada por el refrigerante y

el absorbente, liberando calor durante el proceso. La cantidad de refrigerante

que pueda disolverse en el medio de transporte es inversamente

proporcional a la temperatura, de ahí la importancia de enfriar el absorbedor,

a fin de que su temperatura sea lo más baja posible y maximizar la cantidad

de refrigerante disuelto. Esta solución líquida se bombea al generador de

absorción pasando previamente por un regenerador. La energía térmica

suministrada al generador es absorbida por la solución líquida, evaporándose

una parte.

El vapor rico en refrigerante pasa por un rectificador que separa el

absorbente, retornándolo al generador y, el refrigerante puro de alta presión,

circula por el resto del ciclo desarrollando los procesos ya definidos en el

ciclo por compresión. La solución caliente, pobre en refrigerante, es enviada

al absorbedor pasando previamente por el regenerador, con el objeto de

(36)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 23 estrangulada hasta la presión del absorbedor y se mezcla con el refrigerante

que entrega el evaporador, donde se cierra el ciclo termodinámico.

Los sistemas de refrigeración por absorción tienen una ventaja

comparativa ya que comprimen una solución líquida en lugar de vapor y,

consecuentemente, la potencia suministrada por este proceso es

sustancialmente menor, en el orden de 1% del calor suministrado al

generador, y operan con una fuente de calor disponible más económica que

la energía eléctrica. No obstante lo anterior, son más costosos y

voluminosos, menos eficientes, requieren de torres de enfriamiento mucho

más grandes y son más difíciles de mantener que los del ciclo por

compresión de vapor.

Partiendo de cualquiera de ambos ciclos termodinámicos, se

desarrolla la climatización de ambientes bajo el concepto de enfriamiento o

de confort térmico. Así, la climatización es el proceso de tratamiento del aire

en un ambiente controlado, con el fin de establecer y mantener los

estándares requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento del

aire en una aplicación específica.

Para lograr este objetivo se fabrican equipos de refrigeración que

corresponden a sistemas todo aire, agua-aire y todo agua; diferenciándose,

uno del otro, en el medio de transporte de calor-aire o agua-aire utilizado

para retirar y suministrar el calor de condensación y evaporación

respectivamente; así como en los rangos de capacidades pertinentes y

algunos accesorios. En una aplicación típica de aire acondicionado, este

proceso da como resultado que la sustancia secundaria con que se retira el

calor de condensación se calentará y la que suministra el calor de

evaporación se enfriará, convirtiéndose en la fuente utilizada directa o

(37)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 24 Los sistemas todo aire son unidades con condensador enfriado por

aire expulsado al ambiente exterior y evaporador calentado por aire que

climatiza al área controlada.

Los sistemas agua-aire son fabricados en dos grupos hidrónicos

diferentes. Uno correspondiente a los sistemas de expansión directa con

condensador enfriado por agua en un circuito abierto, que a su vez se enfría

en un banco de torres de enfriamiento y, el evaporador, es calentado por aire

utilizado para climatizar directamente el recinto, denominado unidades

autocontenidas. El otro, corresponde a los sistemas de agua helada con

condensador enfriado por aire y evaporador calentado por agua en un

circuito cerrado de agua helada, haciéndola recircular por unidades

manejadoras de aire y/o ventiladores serpentín, donde circula aire para

climatizar directamente al área específica.

Los sistemas todo agua, por lo general son producidos en unidades

paquetes con condensador enfriado por agua y ésta enfriada en un banco de

torres de enfriamiento en un circuito abierto, con evaporador calentado por

agua en un circuito cerrado de agua helada explicado en el párrafo anterior

con los mismos equipos y accesorios complementarios.

1.2.3 SISTEMAS DE SEGURIDAD

La seguridad es una de las áreas más importantes, 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 modem para enviar

(38)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 25 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 modem.

• Realizar actuaciones orientadas a las personas y a las instalaciones.

Por tanto se pueden resumir las tareas de un sistema de seguridad en:

• Prevención: 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 alarmas: Pueden ser de dos tipos: manual, donde el

sistema envía 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 sensores: Son componentes que detectan cambios físicos

y químicos y envían la señal de aviso a la central de alarmas. Se

(39)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 26

• Sistemas de control o gestión de las señales (Central de Alarmas):

Procesa las señales de los sensores. Suele estar compuesto de:

fuente de alimentación, baterías, teclado, microprocesador y un

marcador telefónico-modem. Suelen disponer de sistemas de

conexión y desconexión codificadas o con cerraduras especiales, así

como de sistemas antisabotaje.

• Elementos de aviso y/o señalización: Se encargan de avisar de la

alarma y también de disuadir. Se pueden clasificar en:

Locales: Que a su vez pueden ser acústicos (sistemas interiores,

sirenas exteriores, campanas, zumbadores, timbres, altavoces,

circuitos emisores de mensajes por síntesis de voz) u ópticos (pilotos,

bombillas, luces de destellos).

A distancia: Vía teléfono, vía radio, ultrasonidos.

Especiales: Como cámaras de circuito cerrado, cámaras fotográficas.

• 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 contraincendios, abrir puertas y ventanas, etc.

1.2.3.1 TIPOS DE SISTEMAS DE SEGURIDAD

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, escape de gas, etc. Cada sensor se asocia con un

actuador que puede disminuir el efecto de la alarma. Se dispone de salidas

acústicas, luminosas y telefónicas para avisar al usuario de la existencia de

(40)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 27

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 alarma medicas: 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 modem.

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

video portero con una pequeña cámara, un cable de video y una pantalla.

La función principal de un Sistema de Control de Acceso (SCA) es

controlar el acceso a áreas restringidas, y evitar así que personas no

autorizadas o indeseables tengan acceso a la empresa. Además de esta

función principal, un SCA se puede usar para controlar la asistencia del

personal y tener un control histórico de entradas de personas a todas las

áreas (buscar sospechosos en caso de algún incidente).

Se trabaja en zonas que pueden ser departamentos, zonas, puertas

independientes, estacionamientos, ascensores etc. La idea es que cada

persona tenga predeterminada su permiso de acceso a áreas predefinidas.

Los sistemas trabajan en red para que todas las filiales de una empresa

estén conectadas a un sistema central, y se maneja el acceso a nivel

(41)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 28

Componentes de un Sistema de Control de Acceso:

• Software – Programa para configuración de accesos y preparación de reportes etc.

• Controladoras – Tarjetas electrónicas que manejan el sistema físico. Contiene información de accesos permitidos, historia de entradas, etc.

Las controladoras manejan a su vez: lectoras, cerraduras, botones,

sirenas, luces, etc.

• Lectoras – Componentes de "interfaz" con el usuario. Puede ser de PIN, tarjetas de proximidad, banda magnética, código de barra,

biométricos, control remoto, etc.

• Cerraduras – Que físicamente controlan las puertas. Pueden ser electromagnéticas, hembrillas eléctricas etc.

• Bases de cerraduras - para asegurar una fijación segura • Torniquetes

• Barreras de estacionamiento

• Sensores - sensores magnéticos de puertas, detectores de movimiento, etc.

• Estación Manual de Puerta (Botón de apertura en caso de emergencia)

• Botones de Apertura de Puerta

• Alarmas – Sirenas, buzzers, luces etc. • Control de Ascensores

(42)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 29

1.2.3.2 SISTEMAS DE ALARMA

Los sistemas de alarmas están constituidos por instalaciones

destinadas a avisar al personal en caso de siniestro. Toda escuela, hospital,

jardín infante, casa de anciano, edificios, oficinas, hotel, fábrica,

departamento; deben contar con una protección adecuada.

Las alarmas pueden ser:

• Alarmas manuales: consta de estaciones de aviso distribuidas por

toda la fábrica. Estas estaciones consisten en llaves o timbres cuyo

accionamiento hace sonar la alarma. Con el objetivo de impedir que

alguien las oprima inadvertidamente están protegidas por vidrios.

Deben estar colocadas al alcance de los operarios de manera que no

sean necesarios a estos recorrer más de 30 metros para encontrar

una.

• Alarmas automáticas: estas pueden accionarse por dos mecanismos.

Uno es un detector que indican un aumento de la temperatura

ambiente sobre un cierto límite: tipo de temperatura fija. Y el otro es un

detector sensible a una variedad brusca de la temperatura ambiental:

tipo de rapidez de aumento.

Existen diversos tipos de señales: auditivas ó luminosas; ambas deben

ser seguras, ser características, y llegar a todos los operarios. Estar

combinadas con una llamada de auxilio a los bomberos con el objeto de

asegurar su funcionamiento a los sistemas de alarma debe estar alimentados

eléctricamente por fuentes de energía independiente de las maquinarias o el

alumbrado. La sirena de alarma debe ser característica de incendio sin lugar

a dudas o confusiones. Debe ser audible para todos los operarios y en todos

los rincones de las fábricas (talleres, comedores, vestuarios, baños,

(43)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 30

1.2.3.3 TIPOS DE SEÑALES AUDIBLES

Existen varios tipos de señales audibles que se pueden aplicar según

los requisitos de distintas plantas ó sistemas de señales.

Bocinas (figura 5): es casi el aparato más usado. Emite tonos claros,

definidos, elevados y agudos. Su gran escala de volúmenes les permite una

aplicación infinita en las instituciones comerciales e industriales.

Normalmente se emplean para señales de alarma, de iniciación ó término

de la jornada y para un código general de trabajo de compaginación. Los hay

para montaje convencional ó desmontables; para el interior o al aire libre;

operado por aire, electricidad ó manualmente.

FIGURA 5. Bocinas.

Sirenas (figura 6): son las más poderosas y llamativas de todas las

señales, por lo que se emplean en ambulancias, camiones de bombero,

policía, etc. Su radio de alcance es mayor (un kilómetro en condiciones

favorables) y sus tonos elevados horadan prácticamente cualquier otro

sonido exterior. Convenientemente para las señales de emergencia, de

comienzo y fin de jornadas en las fábricas, fundiciones, aeropuertos, etc.

(44)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 31 Campanillas (figura 7): sin duda alguno es la más versátil de las

señales. Se prestan para cualquier tipo de señal concebible los modelos

grandes se emplean para alarma contra ladrones o incendio, para

compaginación de códigos y señales de horario. El tono varía del moderado y

apacible hasta la estridente insistencia. Disponibles con soportes

convencionales o intercambiadores; de campaneo continuo por vibración o

de golpes individuales.

FIGURA 7. Campanilla.

Zumbadores: hay muchos problemas de señales que solo un

zumbador o “abejorro” pueden resolver. Son populares para las señales en

general, sobre todo para las alarmas en los edificios públicos, hospitales,

escuelas y otros sitios donde la señal es más estridente no conviene. En las

industrias, oficinas y edificios comerciales se emplean para señales de

compaginación.

Carillón: son de sonido agradable, sin embargo muy efectivos en las

prácticas. Los carillones se recomiendan para las plantas de un nivel de

ruidos moderados, tales como bancos, tiendas de comercios, hospitales y

oficinas en general. De volumen audible, sus tonos musicales y maduros les

hacen tolerables.

Anunciadores (sirena figura 8): en realidad estos son anunciadores

visuales antes que señales sonoras. En la industria se emplean para localizar

(45)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 32 o que se opera por baterías. Estas señales visuales, que se combina con

otras sonoras, se expenden varios tamaños y tipos.

FIGURA 8. Sirena

1.2.3.4 RECOMENDACIONES DE SELECCIÓN DE ALARMAS

Para elegir una señal se tiene en cuenta:

• En grandes áreas antes que una sola señal ruidosa se emplean varias

de menor volumen pero espaciadas.

• Elija una señal de tono que llame la atención sin perturbar.

• La señal debe tener un volumen superior a los demás ruidos y ser

distinta de estos.

• Elija una señal adecuada al sitio.

• Utilice una señal de tonos claros, resonantes y agradables para las

señales de horario y compaginación; de tonalidad estridente para las

señales de alarma o de emergencia.

• Las instalaciones al aire libre tiene dificultad al no tener paredes,

techos, produciendo que los árboles absorban el sonido y los edificios

o calles distorsionen las señales, no pudiendo reflejar el sonido. Para

esto se recomienda las señales más poderosas, espaciadas a

(46)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 33

CAPITULO 2.- DESARROLLO DEL PROYECTO

2.1 LOCALIZACION DEL PROYECTO

El edificio al cual se detectaron los problemas para la aplicación y

desarrollo del proyecto lleva como nombre Dirección General de Televisión

Educativa (DGTVE) que a su vez pertenece a la Secretaria de Educación

Publica, se localiza en la República México (figura 9) la cual cuenta con una

extensión territorial de 1’964,375 Km². Limita al norte con los Estados Unidos

de América, al sureste con Guatemala y Belice, al este con el Golfo de

México y el Mar Caribe, y al oeste con el Océano Pacífico. En extensión

territorial ocupa la quinta posición en América, y la decimocuarta a nivel

mundial. Cuenta con 112 millones 336 mil 538 habitantes, las entidades con

mayor número de habitantes son: estado de México (15,175, 862), Distrito

Federal (8, 851,080) y Veracruz de Ignacio de la Llave (7, 643,194), es el

país con la población hispanohablante de mayor tamaño en el mundo.

(47)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 34

En la República Mexicana, se localiza el Distrito Federal (figura 10)

que es la capital del país conocida como Ciudad de México, es el centro

político y económico, de los Estados Unidos Mexicanos viven mas de 8

millones de personas, tiene una extensión territorial de 1,525 Km² como

límites al Norte, Este y Oeste con Estado de México y al Sur con Morelos, la

Ciudad de México y su área metropolitana ocupan el octavo sitio de las

ciudades más ricas del mundo al tener un Producto Interno Bruto de 390.000

millones. La entidad cuenta con cincuenta y cuatro zonas industriales. El PIB

industrial capitalino representa el 17,7% del total de la producción industrial

de México siendo el principal portador de la nación.

FIGURA 10. Mapa Del Distrito Federal.

Algunos ejemplos de edificaciones automatizadas localizadas dentro

del Distrito Federal, se encuentra el Hospital General Regional No. 1 "Gabriel

Mancera", perteneciente al Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS), se

ubica en la colonia del Valle, en el Distrito Federal. Fue inaugurado a

principios de 1996, el Edificio Cenit Plaza Arquímedes Ubicado en la colonia

Polanco, el edificio fue terminado en 1994. Constituye hoy en día uno de los

ejemplos más sobresalientes dentro de la modalidad de los edificios

Figure

FIGURA 9. Mapa de la republica mexicana.

FIGURA 9.

Mapa de la republica mexicana. p.46
FIGURA 11. Mapa De Ubicación.

FIGURA 11.

Mapa De Ubicación. p.48
FIGURA 12. Diagrama De Proceso General.

FIGURA 12.

Diagrama De Proceso General. p.49
TABLA 2. Niveles de iluminación por área de trabajo.

TABLA 2.

Niveles de iluminación por área de trabajo. p.53
FIGURA 14. Diagrama de flujo del sistema de iluminación.

FIGURA 14.

Diagrama de flujo del sistema de iluminación. p.61
FIGURA 20. LEVITON ODCoS-I1W y campo de visión.

FIGURA 20.

LEVITON ODCoS-I1W y campo de visión. p.68
TABLA 5. Sensores por área.

TABLA 5.

Sensores por área. p.69
FIGURA 21. Datos del sistema del PLC.

FIGURA 21.

Datos del sistema del PLC. p.70
FIGURA 22.1 Programación de PLC para Sistema de Iluminación.

FIGURA 22.1

Programación de PLC para Sistema de Iluminación. p.71
FIGURA 22.2 Programación de PLC para Sistema de Iluminación.

FIGURA 22.2

Programación de PLC para Sistema de Iluminación. p.72
FIGURA 23. Entradas y salidas de PLC.

FIGURA 23.

Entradas y salidas de PLC. p.73
FIGURA 24. Diagrama de flujo del sistema de aire acondicionado.

FIGURA 24.

Diagrama de flujo del sistema de aire acondicionado. p.76
FIGURA 26. Compresor de aire acondicionado:TRANE.

FIGURA 26.

Compresor de aire acondicionado:TRANE. p.77
FIGURA 27. PLC SIEMENS S7300

FIGURA 27.

PLC SIEMENS S7300 p.79
FIGURA 29. Rango de encendido de equipo de aire acondicionado.

FIGURA 29.

Rango de encendido de equipo de aire acondicionado. p.80
FIGURA 30. Rango de apagado de equipo de aire acondicionado.

FIGURA 30.

Rango de apagado de equipo de aire acondicionado. p.80
FIGURA 31. Sensor de temperatura (HONEYWELL TS13C).

FIGURA 31.

Sensor de temperatura (HONEYWELL TS13C). p.81
FIGURA 32. Diagrama de flujo del sistema de control de acceso.

FIGURA 32.

Diagrama de flujo del sistema de control de acceso. p.83
FIGURA 33. Controlador de acceso.

FIGURA 33.

Controlador de acceso. p.84
FIGURA 34. Diagrama de flujo del sistema de detección de incendio.

FIGURA 34.

Diagrama de flujo del sistema de detección de incendio. p.87
FIGURA 35. Programación de PLC Sistema de Detección de Incendios.

FIGURA 35.

Programación de PLC Sistema de Detección de Incendios. p.88
FIGURA 36. Detector de humo iónico ajustable Cerberus Pyrotronics Modelo di-6.

FIGURA 36.

Detector de humo iónico ajustable Cerberus Pyrotronics Modelo di-6. p.89
FIGURA 39. Diagrama de flujo del sistema de circuito cerrado de televisión (CCTV).

FIGURA 39.

Diagrama de flujo del sistema de circuito cerrado de televisión (CCTV). p.95
FIGURA 40. CAMARA MINIDOMO MODELO IS150DNV9

FIGURA 40.

CAMARA MINIDOMO MODELO IS150DNV9 p.96
FIGURA 41. CÁMARA FIJA MODELO ES31C22-2W, MARCA PELCO

FIGURA 41.

CÁMARA FIJA MODELO ES31C22-2W, MARCA PELCO p.96
FIGURA 43. CPU y datos técnicos (6ES7 314-1AG13-0AB0).

FIGURA 43.

CPU y datos técnicos (6ES7 314-1AG13-0AB0). p.100
TABLA 9. Costos de sensores del sistema de iluminación.

TABLA 9.

Costos de sensores del sistema de iluminación. p.104
TABLA 12. Costos de sistema de detección de incendio.

TABLA 12.

Costos de sistema de detección de incendio. p.106
TABLA 13. Costos de sistema de circuito cerrado de televisión.

TABLA 13.

Costos de sistema de circuito cerrado de televisión. p.107
TABLA 17. Costos por diseño del proyecto.

TABLA 17.

Costos por diseño del proyecto. p.111

Referencias

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