ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y FACULTAD
DE CIENCIAS EXPERIMENTALES
TRABAJO FIN DE GRADO
GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN DEL
CONFORT LUMÍNICO DE UNA SALA MULTIFUNCI ÓN
DEL EDIFICIO INMÓTICO CIESOL
Autor:
Félix Sánchez Montilla
Tutores:
Dr. D. Francisco Rodríguez Díaz
D. Juan Diego Gil Vergel
A mis padres, hermana y hermanos.
I
Agrad eci mi en tos
En pri mer l u gar , me gust arí a expr esar mi a gradeci mi ent o a mi s t ut ores, Fr anci sco Rodrí gue z y J uan Di ego Gi l . Grac i as por l a confi anza deposi t ada en mí , por vuest ra capa ci dad de mot i var me y hacer me dar l o mej or de mí . Asi mi s mo, graci as a l Cent ro Mi xt o C IE SOL p or per mi t i r me t r abaj ar y desar rol l ar mi t r abaj o en sus i nst al aci ones.
En se gu ndo l u gar , m e gust arí a menci onar a mi s a mi gos , a l o s que e mpe zar on con mi go y a l os que se han i do uni endo a mi vi da, i ndependi ent e ment e de si er an co mpañeros d e cl ase o profesores. H abéi s hecho de est os años e n l a U n i ver si dad de Al mer í a u na experi enci a i nol vi d abl e.
I I I
Índice
Agradeci mi ent os ... I Índi ce ... I I I Acróni mos ... V Li sta de sí mbol os ... V II Li sta de f i guras ... IX Li sta de ta bl as ... X I Resumen ... X III Abst ract... X III
Capí tul o 1 . Int ro ducc i ón ... 1
1.1 Moti vaci ón del pr oye cto ... 1
1.2 O bjeti vos del proyect o ... 2
1.3 Cont e xto ... 3
1.4 F ases de desarrol l o ... 3
1.5 Resumen de resul tad os ... 5
1.6 Estruct ura de l a mem ori a ... 7
Capí tul o 2 . Re vi si ón bi bl i ográf i ca ... 9
2.1 C onf ort vi sual ... 9
2.2 P arámetros de co nf ort vi sual ... 10
2.2 Interf az de us uar i o ... 16
Capí t ul o 3 . Materi al e s y métodos ... 19
3.1 E di f i ci o CIESO L ... 19
3.2 Si st ema S CA DA d el edi f i ci o CIESO L ... 25
3.3 Sal a de ju ntas del edi f i ci o CIESO L ... 31
3.4 Re d de sensores y act uadores de l a s al a de juntas ... 33
3.5 Es peci f i caci ones de di seño ... 43
3.4 Ar qui tectura har dw are ... 47
3.5 Ar qui tectura s of tw are ... 52
Capí tul o 4: Resul ta d os y di scusi ó n ... 55
4.1 Si st ema de gesti ó n del conf ort l um í ni co ... 55
4.2 Impl ant ac i ó n del si st ema ... 57
4.3 P rueba de escena ri os ... 58
4.4 A nál i si s de sati sf acci ón del us uari o ... 63
Capí tul o 5: Co ncl usi ones y f ut uros t rab ajos ... 65
V
Acróni mos
Abrevi atura Denomi naci ón ori gi n al Si gni f i cado en castel l ano CRF Cont r ast Renderi n g Fa ct or Fact or de Re ndi mi ent o de
Cont r ast e
H MI Hu ma n Machi ne Int erf ace Int erf a z H o mbr e -Máqu i na H VAC Heat i n g, V ent i l at i on and
Ai r Condi t i oni n g
Cal efacci ón, V ent i l aci ón y Ai re Acon di ci onado ISA Int er n at i onal Soci et y of
Aut o mat i on
Soci edad Int er naci ona l de Aut o mát i ca
P LC Pr o gra mmabl e Lo gi c
Cont r ol l er
Cont r ol ador Ló gi c o Pr o gra mabl e P VD Pant al l a de V i sual i zac i ón
de Dat os
- SCA DA Super vi sor y C ont rol A nd
Dat a Acq ui si t i on
Si st e ma de Cont r ol , Super vi si ón y Adqui si ci ón de
Dat os
UG R Uni fi ed Gl are Rat i n g Índi ce d e Desl u mbra m i ent o
V II
Lista de sí mbolos
A Anchura del r eci nt o [m] .
Em e d Il u mi na nci a me di a [ l u x].
Em i n Il u mi na nci a mí ni ma [ l ux].
h Al t ura del reci nt o [ m].
KL Índi ce d el l ocal .
L Lu mi nanci a [ cd/ m2] .
Lb Lu mi nanci a de fondo [ cd/ m2] .
Lr Lon gi t ud del r eci nt o [ m]. 𝑝 Índi ce d e posi ci ón de Gut h. Um Uni for mi dad medi a [ m ].
IX
Lista de figu ras
Fi gur a 1.1. C -D d I-C IE SOL -A RF R IS OL…… ……….…2
Fi gur a 1.2 . V ent ana pr i nci pal de l a i nt erf az………. .5
Fi gur a 1.3 . Mont aj e f i nal de l a Raspber r y Pi 3 B……… ……… .6
Figura 1.4. Valores de luxómetros………..6
Fi gur a 2.1. Condi ci ón par a reduci r el desl u mbr a mi ent o mol est o .... .. ... .…….12
Fi gur a 2. 2. Di a gr a ma del Si st e ma de Cur va de Lu mi nanci a……… …… ……….13
Fi gur a 3.1. Local i zaci ón del edi f i ci o C -D d I- C IES OL -A RF R ISO L… …………..19
Fi gur a 3 .2. Esq ue ma d e l a pl ant a al t a y baj a del edi fi ci o………..20
Fi gur a 3.3. Ret ranqueo de l as ve nt anas con or i ent aci ón est e y sur… ……… …..21
Fi gur a 3.4 . Cer ra mi ent o ext eri o r del edi fi ci o ………..22
Figura 3.5. Instalación de frío solar………..22
Fi gur a 3.6. Esque ma d el si st ema HV AC basa do en fr í o sol ar ………..24
Fi gur a 3 .7 . Si st e ma S CA DA en el á mbi t o e mpr esari al ……… ………..26
Fi gur a 3.8 . Di st r i buci ó n de l os mó dul os de ad qui si ci ón………27
Fi gur a 3.9 . S CA DA de l a sal a de j un t as: Moni t ori zaci ón……… …………..28
Fi gur a 3 .10 . S CA DA d e l a sal a de j unt as: Con t r ol …… ...………..29
Fi gur a 3 .11 . S CA DA d e l a sal a de j unt as: Gr áfi cas……..………..29
Fi gur a 3. 12 . S CA DA d e l a sal a de j unt as: Gar i t a………30
Fi gur a 3 .13 . SC AD A d e l a sal a de j unt as : Conf i guraci ón……… ………….30
Fi gur a 3. 14 . Esque ma del si st e ma SC A DA i mpl e ment ado……… ………….31
Fi gur a 3. 1 5. Sal a de j unt as d el edi fi ci o C IES OL……… ……….32
Fi gur a 3.16 . V ent ana s ur de l a s al a de j unt as………...33
Fi gur a 3.17 . Luxó met r o LP P HOT 01…… … ………...34
Fi gur a 3. 18 . Cur va fot ópi ca est ándar V ( λ ) ……… ………..35
Fi gur a 3.19 . Lux ó met r o de l a sal a de j unt as………36
Fi gur a 3.2 0 . Conf i gura ci ón en f uent e de c or r i ent e con al i ment aci ón ext erna…36 Fi gur a 3.21 . T el err upt or A9C3 0 115 de Schne i der ………..38
Fi gur a 3 .22 . Módul o c FP -D O -403……… ……… ……….39
X
Fi gur a 3 .24 . R el é par a el est ado d e l as l umi na r i as……….…….40
Fi gur a 3.25 . Mont aj e d e l a caj a de regi st ro… ………..41
Fi gur a 3.26 . Módul o c FP -D I -330……… ………..41
Fi gur a 3.27 . C onf i gur aci ón el éct r i ca de l a t ar j et a con el rel é……….…42
Fi gur a 3.2 8. V i si ón de t al l ada de l a Raspber r y Pi 3 B……… ………49
Fi gur a 3 .29. Pa nt al l a t áct i l Raspberr y 7”…… ……….49
Fi gur a 3.3 0 . Pi nes GP I O de l a Raspberr y Pi 3 B……… ………….50
Fi gur a 3 .31 . C abl eado i nt erno de l edi f i ci o CIESO L……… …………..50
Fi gur a 3.32 . Ar q ui t ect u r a Har dwar e………… ……….51
Fi gur a 3.33 . Ent orno d e escri t or i o de Raspbi a n OS……… ………… 52
Fi gur a 3. 34. Di a gr a ma de fl uj o del s oft war e di señado……… …………..54
Fi gur a 4. 1. V ent ana pr i nci pal Sal a de J unt as C IE SOL……… ……… …56
Fi gur a 4.2 . V ent ana E scenas Pr edet er mi na da s………56
Fi gur a 4.3 . V ent ana M odo Manual ……… ……….57
Fi gur a 4.4. Mesa pri nc i pal de l a sal a de j unt a s………58
Fi gur a 4.5. Par t e del d i agra ma de bl o ques del SC AD A de l a sal a de j unt as…..59
Fi gur a 4 .6. Lect ura del ar chi vo de t ext o ge ner ado por l a Raspberr y P i 3 B……60
Fi gur a 4.7 . Di st r i buci ón de l a sal a de j unt as par a una reuni ó n……… ………….61
Fi gur a 4 . 8. V al ores de l os l uxó met r os en mod o Reuni ón……… …………..61
Fi gur a 4 .9. V al or es de l os l uxó me t ros en mo do Cl ase……… …………..62
Fi gur a 4. 10 . V al or es d e l os l uxó met r o s en m odo Ci ne…..………… ……...….. .62
Fi gur a 4 .1 1. V al ores d e l os l uxó met r os en mo do Pr o ye ct or………… …… ……..63
Figura 4.12. Ejemplo de encuesta de satisfacción……… ..63
X I
Lista de tablas
X II I
Resu men
El pr esent e pro yect o s e cent r a en l a s uper vi si ón y el cont rol de l u mi nari as de l a sal a de j unt as del cent r o de i nvest i gaci ó n C IES OL, el cual est á si t uado en el Ca mpus de l a Uni v er si dad de Al mer í a y en él , se real i za n act i vi dades de i nvest i gaci ón y de t r a nsfer enci a t ecnol ó gi ca r el aci onadas con l as apl i caci ones de l a ener gí a sol ar.
Para el l o, se ha di seña do una i nt er f az HM I m edi ant e el uso de un si st ema e mbebi do, con l a pr o gra maci ón e i nst al aci ón que el l o conl l e va.
El obj et i vo de est e t rabaj o es consegui r q ue el cont rol l u mí ni c o sea f áci l ment e confi gurabl e por el us uar i o, si n ne cesi dad de co noci mi en t os pre vi os, de f or ma que l a i nt er faz gr áfi ca, que est ar á present e en una pant al l a t áct i l, per mi t e ver y modi f i c ar el est ado de l as l umi nari as de l a sal a de j unt as, de maner a rápi da e i nt ui t i va.
Los r esul t ados obt e ni dos de muest r an q u e es posi bl e cont rol ar l as l u mi nari as desde el i nt eri or de l a s al a de j unt as si n necesi da d de co noci mi ent os pr evi os del f unci ona m i ent o del si s t e ma S CA DA.
P al abras cl ave: Int er faz Ho mbre -Máqui na, Cont rol de l u mi nar i as, Si st e ma e mbebi do.
Abstract
T hi s proj ect focuses on t he supervi si on and cont rol of l umi nari es i n t he boar dr oo m of t he r ese arch cent er C IES OL, whi ch i s l ocat ed on t h e Ca mp us of t he Uni versi t y of Al mer i a and i n whi ch resear ch and t echnol ogy t ransfer act i vi t i es rel at ed t o t h e appl i cat i ons of sol ar ener gy are carri ed out .
T o t hi s end, a HM I i nt erface wi l l be desi gned t hrou gh t he use of an e mbedded s yst e m, wi t h t he cor respondi n g pr og r a m mi n g and i nst al l at i on.
T he obj ect i ve of t hi s wor k i s t o ma ke t he l i ght i ng cont rol easi l y conf i gurabl e b y t he u ser, wi t hout t he need f or pri or knowl ed ge , so t hat t he gr aphi cal i nt er face, w hi ch wi l l be present o n a t ouch screen, al l o w t o vi e w an d modi f y t he st at e of t he boardr oo m’s l u mi nari es, i n a f ast and i nt ui t i ve wa y.
T he r esul t s obt ai ned s how t hat i t i s possi bl e t o cont rol t he l u mi n a r i es f ro m i nsi de t he meet i n g r oo m wi t hout an y pr i or kno wl ed ge of t he operat i on of t he SC AD A s yst e m.
Capítulo 1.
Introducción
1.1
Motivaci ón d el p royecto
Act ual ment e, uno de l os pri nci pal es mot i vos de preocupaci ó n del p l anet a es el gast o ener gét i co. Aproxi ma da ment e un 1 9% del co nsu mo de ene rgí a a ni vel mundi al est á dest i nado a l a i l umi naci ón, pu di endo l l egar i ncl uso al 40% si se habl a del cons u mo d e un edi fi ci o c o mú n. Si n e mbar go , para r educi r est e excesi vo co nsu mo, no se debe r enunci ar a l a cant i dad y cal i dad de l uz. Por consecuenci a, se ha pr oduci do u n cr eci mi ent o en l a creaci ón de l os deno mi nad os edi f i ci os i nt el i gent es o i n mót i cos, co mo el e di f i ci o C -Dd I -C IE S OL -A RF R ISO L [ 1] , si t uado en l a Un i ver si dad de Al merí a. Se def i ne co mo i n m ót i ca [ 2] al conj unt o de t ecnol ogí a s apl i cadas al cont rol y l a aut o mat i zaci ón i n t el i gent e de edi f i ci os no dest i nado s a l a vi vi enda, per mi t i endo una gest i ón efi ci ent e del uso de l a ener gí a, a de má s de aport ar se guri dad, conf ort , c o mu ni caci ón ent re el usuar i o y el si st e ma .
En general , l as perso n as pasan al r ededor de un 80% de sus vi das en el i nt er i or de l os edi fi ci os, por el l o, no se de be desat ender el bi en est ar de l os usuar i os, ya que pued e af ect ar a l a sal u d y product i vi dad de l os mi s mos [ 3] . Afor t unada me nt e, en s ept i embr e de 2002 se acept ó l a re dacci ón por par t e de l a Co mi si ón d e Nor mal i zaci ón Europea de l a nor ma UNE 12464 - 1 r el at i va a “Iluminación de los lugares de trabajo en inter ior” [4]. Esta nueva norma, r eco mi enda el cu mpl i mi e nt o no sól o c uan t i t at i vo, si no cual i t at i vo de d os aspect os de l a t ar ea vi sual : conf ort vi sual y rendi mi ent o de col or e s. En cuant o al confort vi sual , en el que se cent ra est e proyect o, est arán engl oba dos par á met r os t al es co mo l a r el aci ón de l u mi nanci as ent re t area y ent orno, o el cont r ol del desl u mbr a mi e nt o produci do p or l as f uent es de l uz, así c o mo el mo do de e vi t ar desl u mbr a mi ent os r ef l ej ados en pant al l as.
El edi fi ci o C IE SO L , véase fi gura 1.1 , e s uno de l os ci nco C -Dd I ( cont enedor de most r a dor de i nvest i gaci ón) del Proyect o Si n gul ar Est rat égi co sobre Arqui t ect ur a Bi o cl i mát i ca y Frí o Sol ar ( PSE -A RF R ISO L) . Di cho pro yect o t ení a co mo o bj et i vo pr i nci pal de most r ar que es posi bl e ahorrar de un 80% a un 90% de ener gí a con venci o nal a t r a vés d e l a cor rect a apl i cac i ón de l as t ecnol ogí as sol ares, ad apt ando el di seño del edi f i ci o a l ent orno y c l i mat ol o gí a [ 1] .
Capítulo 1. Introducc ión
2
Se defi ne co mo conf or t l u mí ni co al ni vel de i l u mi naci ón ópt i mo par a una t ar ea det er mi nada q ue da co mo r esul t ado un ma yor rendi mi ent o c o n una mí ni ma f at i ga. Est os par á met r os se al can zar án me di ant e l a sel ecci ón de u na seri e de escenar i os pr o gra mad os en l a i nt erfa z ho mb re -má qui na ( HM I, Hu man M ac hi ne I nt erf ace) , de f or ma q ue el usuar i o no necesi t e conoci mi ent os de co nf ort vi sual .
F i g u r a 1 . 1 C - D d I - C I E S O L - A R F R I S O L
1.2
Objeti vos d el proyecto
El pri nci pal obj eti vo es di señar un si st ema que per mi t a al ca nzar un conf or t vi sual a l os u suar i os de l a sal a de j unt as del edi fi ci o mi x t o C IES OL, medi ant e u na her ra mi e nt a accesi bl e y fáci l de co mprender para l os mi s mos . Con el fi n de conse gui r est e obj et i vo, s e l l e var á a cabo el est udi o y l a adqui si ci ón del har dwar e necesar i o para est e pro yect o, el di seño de una i nt er faz gráfi ca y su post er i or i mpl ant a ci ón en di cha s al a. Debi do a est o, se pl ant ean vari os subobj et i vos resu mi d o s a cont i nuaci ón:
Mej orar l a i nf r aest r uctura de l a sal a de j unt as, medi ant e l a modi fi caci ón del Har dware.
Moderni zar y a mpl i ar l a i nt erf az exi st ent e, a port ando nue vas funci ones y de mej or acceso, necesari as para un t r abaj o más efi ci ent e .
3
1.3
Contexto
El present e t rabaj o f in de gr ado se ha desa r rol l ado en el cont ext o de l pr oyect o de Cont rol y gest i ón ópt i ma de recur sos het erogé neos en di st ri t os pr oduct i vos a groi nd u st r i al es i nt egrando e nergí as reno vabl es (CHR OMA E) DP I2017 -8 5007 -R fi n anci ado por el Mi ni st er i o de Ci enci a e Inno vaci ón y Fondos FED ER. Los e nsayos se han r eal i za do ut i l i zand o l as i nst a l aci ones del Cent r o de In vest i gaci ón en Ener gí a Sol ar ( C IES OL) cu yas caract er í st i cas se descr i ben a cont i nuaci ón.
El C -Dd I -C IE SO L -A RFR IS OL ( Cent r o de In vest i gaci ón de E nergí a Sol ar ) , se l ocal i za en e l campus de l a Uni ve rsi dad de Al merí a y cu ent a con una super f i ci e t ot al de 1071,92 m2. Est á f or mado por sei s despachos, t od os el l os con
or i ent aci ón est e, si t u ados en l a pl ant a ba j a, a excepci ón del despacho de di r ecci ón si t uado en l a pl ant a al t a, ade más ex i st en un t ot al de ocho l aborat or i os or i ent ados al nort e (cu at r o en l a pl ant a baj a d edi cados a 'Q uí mi ca So l ar ' y cuat ro en l a pl ant a superi or, dos de 'Model ado y C ont rol Aut o mát i co ' y ot ros dos de 'Rec ursos Ener gét i cos Sol ares y Cl i mat ol o gí a '), una na ve -t al l er, donde se encuent ra una cal der a de al t a efi ci enci a y un a máqui na de absorci ó n.
La di spari dad de herra mi e nt as que se e mpl ean en l a recogi da de l os dat os necesar i os para el C -D d I-C IES OL -A RF R ISOL per mi t en obt ene r un a mpl i o abani co de var i abl es q ue son ne cesari as en e st e T FG. Para l a t o ma de dat os s e ha usado el Si st e ma d e Cont rol , Super vi si ón y Adqui si ci ón de Dat os (SC AD A) y el conj unt o de sensor es que el gr up o de i n ve st i gaci ón de Aut o mát i c a, Robót i ca y Mecat r óni ca t i ene i n st al ado en el edi fi ci o.
1.4
Fases d e d es arrollo
La or gani zaci ón de l as di st i nt as act i vi dades en l as que se ha di vi di do el pr oyect o se pr esent a a cont i nuaci ón , e n l a t a bl a 1.1, donde se mues t ra el orden y el t i e mpo e mpl eado en cada una de l as fas es de desarrol l o .
Capítulo 1. Introducc ión
4
T a b l a 1 . 1 D i a g r a m a d e G a n t t
Tareas F ebrero 2017 Marzo 2017 Abri l 2017 Mayo 2017 Mayo 2018 Juni o 2018
Jul i o 2018
Re vi si ón bi bl i ográfi ca
Aprendi zaj e del si st ema SC AD A
del edi fi ci o C IES OL
Est abl eci mi ent o de obj et i vos y
est udi o de mét odos
Est udi o de mercado
Inst al aci ón del SO en Raspber r y Pi 3
Est udi o y pruebas de co mpat i bi l i dad
de soft ware
Aprendi zaj e del l enguaj e de pr ogr a maci ón
Pyt h on
Di seño de l a i nt erf az con ID LE T ki nt er
Pr uebas de conect i vi dad
con l a r ed C IES OL
Real i zaci ón de ensayos
Docu ment aci ón del pro yect o
5
1.5
Resu men d e resul tados
Una ve z real i za do el d esar rol l o del si st ema d e supervi si ón del conf ort vi sual y su i mpl ant aci ón en l a sal a de j unt as del edi fi ci o C IES OL, l o s resul t ados obt eni dos se puede n e val uar co mo p osi t i vos , puest o que el us uari o di spone de una i nt er faz i nt ui t i va par a el cont rol de l as l u mi nari as desde l a pr opi a sal a de j unt as, si n necesi dad d e acceso al S CA DA ge ner al . Un ej e mpl o de e st a i nt erfaz se muest ra a c ont i nuac i ón en l a f i gur a 1. 2 .
Para l a r eal i zaci ón de est e proyect o , l a arqui t ect ura hardware que s e ha necesi t ado se descr i be det al l adame nt e en capí t ul os post eri or es. En l a fi gura 1.8, se obser va l a pl aca Raspber r y Pi 3 B c o nect ada t ant o a l a pa nt al l a t áct i l de 7” de la misma marca, como a la red interna del edificio.
Para el desar rol l o de l a i nt erf az se ha u t i l i zado el l en guaj e de pr ogra maci ón P yt hon a t r avés del soft war e ID LE. Est e soft ware, descr i t o más adel ant e, pr opor ci ona di f erent es herrami en t as con l as cual es sat i sfacer l os r equi si t os i mpuest os a l co mi en zo del t rabaj o , así c o mo l as nor mas que se h an t eni do en cuent a para el di seño de l a i nt er faz. Ade más , ha si do neces ari o r eal i zar una peq ueña modi fi ca ci ón en el S CA D A act ual de l a sal a de j unt as, de for ma que el archi vo generad o por el si st e ma di señ ado, será l eí do por e l SCA DA y s u val or será asi gnado a l a consi gna del l uxó m e t ro, para su cont r ol aut o mát i co, co mo se muest ra n en el ej empl o d e l a fi gura 1.4 l as vari abl es LuxSal aRe uni ones01_ con vert i do y L uxSal a Reuni ones02 _con vert i do.
Capítulo 1. Introducc ión
6
F i g u r a 1 . 3 M o n t a j e f i n a l d e l a R a s p b e r r y P i 3 B
Fi nal ment e, se real i zó una br e ve encuest a a nóni ma a l os us uari os de l a sal a de j unt as con el fi n de ver i f i car l a ut i l i dad de l a i mpl ant aci ón del si st e ma. Con l os dat os obt eni d o s en l as e ncuest as, s e ha cal cul ado un p o rcent aj e de sat i sf acci ón de l os usu ar i os del 95% .
Por t ant o, se han consegui d o l os obj et i vos del pr oyect o. De f or ma que aquel l os que no se h an conse gui do super a r quedan pen di ent es para fut uros t r abaj os.
7
1.6
Estructu ra d e l a memoria
Con el fin de mej orar l a l ect ura y comprensión de est e pro yect o, se
resum e l a est ruct ura de la memoria en l os si guientes puntos:
Capí t ul o 1. Int r od ucci ón.
Al i ni ci o de l a me mor i a se muest ra una i nt ro ducci ón sobr e el cont e xt o y mot i vaci ón del t e ma a t rat ar así co mo de l os obj et i vos y un resu me n de l os r esul t ados obt eni dos .
Capí t ul o 2. Re vi si ón b i bl i ogr áf i ca.
En est e ca pí t ul o se r esu me l a i nfor mac i ón est udi ada pr e vi ament e r el aci onada con el des arr ol l o del pr o yect o.
Capí t ul o 3. Mat er i al es y mét od os.
Se descri ben l os sens or es y a ct uador es de l os que di spone l a sa l a de j unt as, l os mat er i al es necesari os ut i l i zados a l o l ar go del t rabaj o, así co mo l as t écni cas y pr o gr a m as con l os qu e se han t r abaj ado .
Capí t ul o 4. Resul t ados y di scusi ón.
Se muest ra el desar r ol l o del pro yect o: est rat egi as, deci si ones, pro b l ema s y s ol uci ones. Ade más, se i ncl ui r án l os resul t ados obt eni dos.
Capí t ul o 5. Concl usi o nes y fut uros t r abaj os.
Capítulo 2.
Revisión bibliográfica
2.1 Confort vi sual
Ant er i or ment e, se def i ni ó co mo obj et i vo pri nci pal de est e pr o yec t o el di seño un si st e ma que per mi t a al canzar un c onfort vi sual a l os us uar i os de l a sal a de j unt as del edi fi ci o mi xt o C IES OL . De bi do a est o, es necesar i o defi ni r el si gni f i cado de conf ort vi sual y sus pará met r o s.
El ser hu man o perci b e l a ma yor par t e de l a i nf or maci ón a part i r del sent i do de l a vi st a, po r l o que l a l uz r esul t a un el e ment o mu y i mport ant e, ya que per mi t e di st i ngui r l a f orma, el col or y l a per spect i va de l os di st i nt os obj et os exi st ent es en un det ermi nado ent or no [ 6] . P or el l o, se puede defi ni r el confor t vi sual co mo un est ad o gener ad o p or l a ar moní a o equi l i bri o de una el e vada cant i dad de vari abl es co mo so n l a i l u mi naci ón, l a l u mi nanci a y el col or [ 7] .
Para permitir que l as per sona s realicen tareas vi suales de modo eficiente y p reciso , d ebería pre verse una il uminación adecuada y ap ropiada. Por una parte, la ilum inación pue de ser pro porcionada mediante luz natural, alumbrado arti ficial o una combinación de lo s mismo s. Por otro lad o, el grado de vi sibilidad y con fo rt req uerido en un am plio ámbito de lu ga res de tra bajo es gobernad o p or el t ipo y du ración de la actividad . Debido a e llo, exi sten normas, tant o a ni vel nacional como inter n acional, como la no r ma ‘UNE -EN 12464 -1: 20 12” [4 ] , que especi fica lo s requi sito s para sistemas de iluminación para la m a yo r pa rte de lo s lu ga res de trabajo en inter iores y su s áreas asociada s, a sí como recomendaci ones sob re buena práctica de iluminaci ón, c u yo s m étodos de cálculo se re co gen en el Códi go Técnico de la Edificació n (CTE) .
Ade más , para l a real i zaci ón de est e capí t ul o, se han t eni do en c uent a al gunas nor mas y guí a s co mo por ej empl o, ‘ I l u mi naci ón e n el puest o de t rabaj o. Criterios para su evaluación y acondicionamiento’ [8] publicada por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, la ‘Guía Técnica de Eficiencia Ener gét i ca en Il u mi n aci ón. Ofi ci nas’ [ 9] r edact ada por el gr up o de t rabaj o f or mado p or el Co mi t é Español de Il u mi na ci ón (CE I) y el Inst i t ut o par a l a Di ver si fi caci ón y A ho rr o de l a Ener gí a ( IDE A) , así co mo l a guí a t i t ul ada ‘Guí a técnica para el aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios’ [ 10] con l a col abor aci ón del Consej o Superi or de l os Col egi os de Arqui t ect os de España ( CS CAE) .
Capítulo 2. Re visión bibliográfic a
10
2.2 Parámetros de confort vi sual
Co mo se me nci onó an t er i orment e, el conf or t vi sual se puede expr esar a t r avés de ni vel es ópt i mos de i l u mi naci ón , l u mi nanci a y col or. Es t as var i abl es est án r el aci onadas con l a nat ur al e za, est abi l i dad y ca nt i dad de l u z, en rel aci ón con l as ex i genci as vi s ual es de l as t areas.
Ilu minan ci a
La i l u mi nanci a [ 9] o n i vel de i l u mi naci ón, E, expresada en l ux , se d efi ne co mo l a ca nt i dad de l uz, en l ú menes , l m, p or el área de l a sup erf i ci e a l a que l l ega, en m2. Est a cant i dad de l u z, af ect a de f or ma di rect a a l a a gu deza vi sual ,
l a sensi bi l i dad de co nt r ast e y a l a efi ci en ci a de enf oque sobre l as t areas a di f erent es di st anci as. Cuant o ma yor sea l a cant i dad de l u z, m ej or ser á el r endi mi ent o vi sual , si e mpr e que no se s obr e pase el l í mi t e de desl u mbra mi ent o . La i l u mi nanci a es c on secuenci a di rect a del al u mbr a do y l a refl ect anci a const i t uye una propi e dad i nt rí nseca de l a t a r ea . En una mi s ma of i ci na, pueden dar se di f erent es r ef l ect anci as segú n l a t area, l o que hace mu y c o mp l i cado t ant o su est udi o co mo s u s medi das. Si n e mb argo, l a i l u mi nanci a per manece dependi end o úni ca men t e del si st ema de al u mbrado. P or el l o, para al umbrados en i nt er i ores, l a cant i dad de l u z se especi fi ca en t ér mi nos de i l u mi nanci as y nor mal me nt e de l a i l u mi nanci a medi a, Em e d, a l a al t ura del pl ano d e t r abaj o.
Para est abl ecer l os val ores de l a i l u mi nan ci a medi a de un pl an o, se t o mar án medi das de i l u mi naci ón en un nú mero det er mi nad o de punt os di st r i bui dos si mét r i cament e sobre el mi s m o y post er i or ment e se real i zará l a medi a ari t mét i ca de es t as medi das . Se est abl ece el n ú mero de punt os a t o mar en f unci ón del í ndi ce del l ocal , que r epr esent a l a geo met rí a del l ocal y cu ya f ór mul a es:
𝐾𝐿=
𝐿𝑟· 𝐴
ℎ · (𝐿𝑟+ 𝐴)
, (2.1)
donde KL es el í ndi ce del l ocal , Lr es l a l on gi t ud del r eci nt o, A l a a n chura y h l a al t ur a de l a l u mi nari a sobr e el pl ano de t r abaj o , t odo el l o medi do e n m.
Se gún el í ndi ce del l o cal se est abl ecer á el nú mero de p unt os mí n i mos , asegur an do así que no se t endr á una i nfor mac i ón er rónea , y se r eal i za si gui endo l as i ndi caci ones de l a t abl a 2.1:
KL Núm ero de pu ntos
KL <1 4
1 < KL < 2 9 2 < KL < 3 16
KL > 3 25
11
Con el fi n de ase gur ar que el ni vel de al u m brado en un punt o co ncret o del ár ea no sea menor a ci ert o val or, d ebe c u mpl i rse t a mbi én una rel aci ón de uni for mi dad o uni f or mi dad medi a, Um, o bt eni da medi ant e el co ci ent e de l a i l umi na nci a mí n i ma, Em i n, ent re l a i l u mi na nci a medi a , Em e d, a mbas e n l ux, co mo se obser va en l a ecuac i ón 2. 2 [ 9] .
𝑈𝑚= 𝐸𝑚𝑖𝑛/𝐸𝑚𝑒𝑑 (2.2)
Lu minan cia
Se defi ne l u mi nanci a, L, co mo el coci ent e ent r e l a i nt ensi dad l umi nosa, cd, pr ocedent e de una superf i ci e en una di r ecci ón dada y el área aparent e de di cha super fi ci e en m2 [ 9] .
El oj o huma no se ada pt a con faci l i dad a l a l u mi nanci a al expl or ar una t ar ea, de for ma que si el oj o abandona l a t ar ea y mi ra haci a un área de di fer ent e l u mi nanci a se readapt ará. Con el obj et i vo d e ver l os det al l es de l as di ferent es t ar eas vi sual es c on rap i de z y exact i t ud, l as di f er enci as de l u mi nanci a dent ro del ca mpo de vi si ón no de ben ser excesi vas. Si n e mbar go, el ent orno vi sual de una of i ci na deberá ser t al que per mi t a a l os músc ul os del oj o el mar gen co mpl et o de enf oque y apert ura. Por est e mot i vo , es ne cesar i a una vari aci ón en l as l u mi nanci as del ca mpo de vi si ón del t rabaj ador .
El conf or t vi s ual que d a af ect ado ne gat i va me nt e por un e xceso de grandes di f erenci as de l a l umi nanci a en grandes zonas del ca mpo d e vi si ón. Los i nvest i gadores i ndi ca n que l a i ncon f or t ab i l i dad est á asoci ada a l a fat i ga pr oduci da en l os músc ul os del oj o, l os cual e s reducen el t a mañ o de l a pupi l a e n pr esenci a de l u mi na nci as excesi vas, y vuel ven a expan di rl a cuando l as l u mi nanci as son mu y p equeñas.
Con el ca mbi o en l as act i vi dades de of i ci na s, de aquel l as di rect ament e r el aci onadas con una t ar ea vi sual haci a l as del t i po de co mu ni caci ón, el est abl eci mi ent o de r el aci ones de l u mi nanci a adecuadas en el ent orn o t ot al l l eg a a ser más y más i mpor t ant e [ 9] .
Deslu mb rami entos
Capítulo 2. Re visión bibliográfic a
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Los efect os que or i gi nan el desl u mbr a mi ent o pueden ser de t i po psi col ógi co ( mol est i a) o de t i po f i si ol ógi co (p er t urb aci ón). En cuant o a l a f or ma de produci rse, puede ser di r ect o co mo el q u e pro vi ene de fuent e s l u mi nosas ( l ámparas o vent anas ) que est án dent ro d el ca mpo vi s ual , o r efl ej ado por super f i ci es de gr an r efl ect a nci a ( especi alment e l os vi dri os o l os met al es pul i dos) [ 12] .
En el al u mbrado de o f i ci nas, el desl umbrami e nt o di r ect o se man t endrá dent r o de l í mi t es ac ept abl es, si se cont r ol a el grado de desl u mbra mi e nt o mol est o. La ma gni t ud de l a sensaci ón de desl u mbra mi e nt o mol est o, depende del nú mero, posi ci ón, l u m i nanci a y t a maño de l as fuent es desl u mbrad oras y de l a l u mi nanci a a l a cual l os oj os est án adapt ados .
El í ndi ce del desl u mb r a mi ent o mol est o proc edent e di rect a ment e d e l as l u mi nari as de una i ns t al aci ón i nt er i o r se det er mi na ut i l i zando el mét odo de t abul aci ón del Índi ce de Desl u mbr a mi e nt o Uni fi cado ( UG R, U ni f i ed Gl are Rat i ng) [ 9], que se obt i ene de l a si gui ent e ec uaci ón:
𝑈𝐺𝑅 = 8 log10(
0,25 𝐿𝑏
· ∑𝐿
2· 𝜔
𝑝2 ) , (2.3)
donde 𝐿𝑏 es l a i l u mi nanc i a de fondo en c d/ m2, 𝐿 es l a i l u mi n anci a de l as part es
l u mi nosas de cada l u m i nar i a en l a di r ecci ón del oj o expresada en c d/ m2, ω es el
ángul o de l as par t es l u mi nosas de ca da l u mi nari a en el oj o del observador y 𝑝 es el í ndi ce de posi ci ó n de Gut h par a cada l u mi nar i a i ndi vi dual que se refi ere a su despl a za mi ent o de l a l í nea de vi si ón.
En condi ci ones de t ra baj o nor mal es, l a zon a angul ar de medi da a part i r de un ej e ver t i cal desd e l a l u mi nar i a haci a ab aj o, dent r o del cual es más probabl e que se produ zcan desl u mbr a mi ent os , abar ca l a ga ma de 45º a 85º , co mo se pue de obser var en l a fi gura 2 .1 [ 9] .
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Baj o una ser i e de cir cunst anci as no r mal ment e pr esent es en of i ci nas i l umi na das me di ant e l u mi nar i as e mpot r ada s o adosadas al t ech o de for ma r egul ar , el desl u mbra mi e nt o puede l i mi t ars e ut i l i zando el Si st e ma de Cur va de l u mi nanci a. Est e mét odo, se con oce t a mb i én co mo el Mét odo Europeo de Li mi t a ci ón del Desl u mbr a mi ent o o di a gra ma C IE, f aci l i t a l í mi t es de l umi na nci a media de las luminarias para diferentes “Clases de Calidad” en limitación de desl u mbr a mi e nt o y en el mar gen de án gul o s crí t i cos me nci onado s ant es (es deci r , desde 45º a 85º desde l a ve r t i cal de l a l u mi nari a) [ 9] .
La fi gur a 2 .2 muest ra l os l í mi t es de l u mi nanc i a par a l as di f erent es c l ases de cal i dad, vál i do par a t odas l as l umi nari as si n sal i da l at eral de fl uj o, t ant o par a vi si ón l on gi t udi nal co mo t r ans versal , donde l a l í nea punt eada es ref er i da a l a cur va f ot o mét ri ca de l a l u mi nari a en el pl ano l ongi t udi nal y l a cont i nua al pl ano t r ansversal de l a l u mi nari a.
La for ma más f ác i l de co mpr obar si una co mbi naci ó n de l ámpar a/ l u mi nar i a dad a, sat i sf ace l os r equi si t os en cuant o a l a l imi t aci ón d el desl u mbr a mi e nt o para una Cl ase de Cal i dad y para una det er mi nada i nst al aci ón, consi st e en t ra zar l a d i st ri buci ón de l u mi na n ci a de l a co mbi naci ón en cuest i ón sobre el di a gra ma de Cur vas de Lu mi nanci a .
Un det al l e i mport an t e a t ener en cuent a, es q ue l os di a gr a mas nor mal me nt e dad os p or l os fabri cant es en l os cat ál o gos de sus l u mi nari as, r epresent an t an sól o l as curvas f ot o mét ri cas en el pl ano t ransver sal y l ongi t udi nal de l a l u mi nar i a. Si n e mbar go , en ofi ci nas donde exi st en puest os de t r abaj o que se encuen t ran en sent i do obl i cuo respect o a l as l umi nari as, el est udi o ha de r eal i zars e con l a c ur va fot o mét r i ca en el pl ano per pen di cul ar a l as mesas y que cont i ene a l as l u mi nari as.
Capítulo 2. Re visión bibliográfic a
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Ade más , en el caso en que exi st an pant al l as d e ordenador, para no o bt ener br i l l os mol est os e n l a s mi s mas, se ha de cu mpl i r que l a l u mi nanc i a sea menor de 200 cd e n t odas l a s di r ecci ones de l as q ue puedan afect ar l a p ant al l a. Las l u mi nari as que cu mpl en est o para l os 360º se deno mi nan de baj a l u mi nanci a o mni di r ecci onal [ 9] .
Deslu mb rami ento reflejado
La l uz de una f u ent e l u mi nosa refl ej ada haci a l os oj os de un obser vad or, desde l a t ar ea que cont en ga una super f i ci e sat i nada , p uede di s mi nui r l a vi si bi l i dad de l a t ar ea y pr odu c i r una sensaci ón de i nco modi dad . Es t o es debi do a que el d esl u mbr a mi e nt o ref l ej ado, enso mbr ece l a t ar ea y r ed uce el cont rast e en l a mi s ma.
El t ér mi no t écni co ut i l i zado para e val uar l a r efl exi ón de vel o es el “Factor de Rendimiento de Contraste” o CRF. Est e se define como la relación del cont rast e de t area real baj o unas condi ci ones de al u mbrado det er mi nadas y el cont rast e de t ar ea (t eóri co) en u n ent o r no de ref er enci a, un a esf er a de l u mi nanci a uni for me [ 9] .
El val or C RF para det er mi nadas si t uaci ones de t r abaj o, depende de l as caract er í st i cas r ef l ectant es de l a t ar ea, l as posi ci ones de l as l u mi nari as y sus caract er í st i cas f ot omét ri cas. El C IE ha especi fi cado l as pro pi edades de r ef l exi ón de una t ar ea de refer enci a, haci en do posi bl e cal cul ar el val or CRF par a l a t area de r ef erenci a en cada si t uaci ón de al u mbr a do y para posi ci ón de t r abaj o. A est e val or se l e deno mi na C RFR y cuant o ma yor sea, m ej ores serán l a vi si bi l i dad y l a sat i sf acci ón vi sual . Si n e mbar go, un al t o val or de CRF R no conduce necesari a men t e a un a si t uaci ón sat isfact or i a en cuant o a l a supresi ón de ref l exi ones de vel o , puest o que el d esl umbra mi ent o r ef l ej ado est á i nfl ui do en gran me di da p or el col or y acaba do de l as superfi ci es que apa recen en el ca mpo de vi si ó n, por l o que es r eco mendabl e que t od as l as superf i ci es di spon gan de un acabad o mat e qu e evi t e ref l ej os mol est os.
Col or
Cuando l os t r abaj ador es de una ofi ci na per manecen expu est os a un det er mi nado a mbi ent e dur ant e l ar gos per i odo s de t i e mpo, el col or p uede i nf l ui r en su rendi mi ent o y es se gur o que t i ene al gún efect o so bre el grado de sat i sf acci ón vi sual ex p er i me nt ado.
Es necesar i o di st i n gu i r dos i mport ant es as pect os de l as propi e dades cr o mát i cas de l as f uen t es de l u z:
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El r endi mi ent o e n col or de l a f uent e de l u z, es l a capaci dad de l a l uz para r epr oduci r con fi del i d ad l os col or es de l os o bj et os que i l umi na .
T ant o l a apari enci a de col or co mo el rendi mi ent o en c ol or de una f uent e de l u z so n co mpl et a ment e dependi ent es de l a di st r i buci ón espect r al de l a l u z emitida. Además, cuanto más baja sea la temperatura de color, más ‘cálida’ será l a l uz, y cua nt o más al t a sea, más ‘f r í a’ [ 9] .
Dependi endo del t i po de ac t i vi dad a real i za r, l a T e mperat ura de Col or debe vari ar, t al y co m o se muest ra en l a t abl a 2.2.
Tem peratura de C ol o r Ti po de acti vi dad Tonos c ál i dos (< 3000 K ) Áreas de desca nso
Sal as de espera Ofi ci nas t i po reuni ón
Zonas con usuari os de avan za da edad . Tonos neut ros ( 3 300 - 5000 K ) Lu gar es con mucha l u z nat ural
T areas vi sual es de req ui si t os medi os Tonos f rí os (> 5 000 K ) Al t os ni vel es de i l u mi naci ón
T areas vi sual es de al t a concent r aci ón
T a b l a 2 . 2 R e l a c i ó n e n t r e l a t ª d e c o l o r y l a s a c t i v i d a d e s a r e a l i z a r .
Por ot ro l ado, l a pr opi edad de r endi mi ent o e n col or de una f uent e de l uz puede i ndi carse p or el Ín di ce de Rendi mi ent o en Col or (Ra) , que puede vari ar ent r e 0 y 100, de for ma que a ma yor Ra, ma yor será l a veraci d ad con que se per ci ben t odos l os c ol or es que i l u mi ne l a f uent e de l u z. Por t ant o, para sel ecci onar una l á mpa r a, según l os cri t eri os de col or r eco menda d os, se ut i l i za l a t abl a 2.3, q ue se mu est ra a cont i nuaci ón.
Ra Grupo de
rendi mi ent o
Cál i do Neut ro F rí o
E xcel ente ( 90- 100)
1A Hal ó genas
Fl our escenci a
Fl uorescenci a Fl uorescenci a B ueno
( 80- 90)
2A Fl uor escenci a Sodi o Bl anc o
Fl uorescenci a Hal o genuros
e Ind ucci ón Ra zona bl e
( 70- 80)
1B Hal o genur os
met ál i cos
Hal o genuros met ál i cos
Hal o genuros met ál i cos Mal a
( <70)
2B Mercur i o
Sodi o
Mercur i o
T a b l a 2 . 3 P a r á m e t r o s p a r a l a s e l e c c i ó n d e l á m p a r a s s e g ú n c r i t e r i o s d e c o l o r .
Ergon omí a d el pu es to d e trabajo
Desde el punt o de vi s t a er gonó mi c o, l a i nst al aci ón de al u mbrado debe sat i sf acer una seri e de aspect os que ha gan d e l a act i vi dad a desar r ol l ar por el obser va dor una t area c ó moda [ 9] . Est os as pe ct os serán l os si gui ent es:
No debe cr ear probl e mas de adapt aci ón vi s ua l .
Debe pr o veer l a a gude za vi sual adecuada.
Capítulo 2. Re visión bibliográfic a
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Debe l i mi t ar l a prod uc ci ón de r ui do.
Debe el i mi nar el efect o est roboscópi co.
Debe generar al reci nt o i l u mi nado poca car ga t ér mi ca.
2.2 Interfaz de usuario
Cual qui er proceso i n dust r i al que se desee aut o mat i zar y co n t rol ar r equi ere ser moni t or i zado . Para el l o, t odos l os el e ment os del pr oces o debe n est ar co muni cados ent re sí , con el f i n de t en er un cont rol y super vi si ón de l os mi s mos . Est os el e men t os son l os sensor es, e ncargad os de obt en er i nf or maci ón r el evant e del si st e ma en cuest i ón , y l os act uador es, q ue se e ncargan de modi f i car el est ado del si st ema . Ade más, e nt re l os sensores y ac t uador es es necesar i o un el e ment o que se enc ar gue de l a t o ma de deci si ones. Est e es el caso de l os aut ó mat as pro gr a mabl es o cont rol a dores l ógi cos pro gra mabl es (PL C ,
Program mabl e Logi c Cont rol l er) , di señad os par a cont rol ar e n t i e mpo real una ser i e de procesos secu enci al es.
Si n e mbar go, en o cas i ones es i nt eresant e que el si st ema prop or ci one i nf or maci ón de s u fun ci ona mi ent o en t odo mo me nt o al oper ar i o, así co mo que el operar i o pueda co n t r ol ar el si st ema de f o r ma fác i l y rápi da. La i nt erfaz de usuar i o es el medi o c on que el usuari o pue de co mu ni car se con u na máqui na , equi po, co mput adora o di sposi t i vo, y co mpr ende t odos l os punt os de cont act o ent r e el usuari o y el e qui po.
Nor mal ment e suel en s er f áci l es de e nt ender y f á ci l es de acci onar, a unque en el á mbi t o de l a i nf or mát i ca es pref er i bl e ref er i rse a que suel en ser " ami ga bl es e i nt ui t i vos" porq ue es co mpl ej o y subj et i vo deci r " fáci l " [ 13] .
Por un l ado, al gu nas de l as f unci ones pr i nci pal es de una i nt erf az de usuar i o son l as si gui e nt es:
Puest a en mar cha y a p agad o.
Cont rol de l as funci o n es mani pul abl es del eq ui po.
Mani pul aci ón de archi vos y di r ect ori os.
Her r a mi ent as de desar rol l o de apl i caci ones.
Co mu ni caci ón con ot r os si st e mas.
Inf or maci ón de est ad o .
Conf i gur aci ón de l a p r opi a i nt er faz y ent or n o.
Int er ca mbi o de dat os e nt re apl i caci ones.
Cont rol de acceso .
Si st e ma de a yuda i nt er act i vo.
Por ot r o l ado, en l as i nt erfaces de usuar i o se pueden di st i ngui r bási ca ment e t res t i pos :
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Int er fa z de soft war e. Dest i nada a ent r e ga r i nfor maci ón acerca de l os pr ocesos y herr a mi ent as de cont rol , a t r a vé s de l o que el usuari o obser va habi t ual ment e en l a pa nt al l a.
Int er fa z de s of t war e -h ar dwar e
At endi endo a co mo el usuar i o puede i nt eract uar con una i nt erf az, e xi st en var i os t i pos de i nt er fa ces de usuar i o:
Int er fa z de l í nea de c o mandos (CL I, Co mm and - Li ne Int erf ace). S e t rat a de i nt er faces al fanu méri c as que sól o prese nt an co mandos .
Int er faces gráf i cas de u suari o ( G U I, Grap hi c User Int erf ace) . Per mi t en co muni carse con l a co mput ador a de for ma r ápi da e i nt ui t i va repre sent ando gráf i ca me nt e l os el e ment os de cont r ol y med i da.
Int er fa z nat ural de u suari o ( N U I , Nat ural User Inf erf ace) : Pu eden ser t áct i l es, r epresent ando gráf i ca me nt e un panel de cont rol en una pant al l a sensi bl e al t act o que p er mi t e i nt eract uar con el dedo de for ma si mi l ar a si se acci onar a un cont rol fí si co.
Interfaz H MI
Co mpre nde l os si nópt i cos de cont r ol y si st e mas de present aci ón gráfi ca. La f unci ón de un Panel Si nópt i co es l a de r ep resent ar, de for ma si mpl i fi cada, el si st ema baj o cont rol , en el caso de est e pr o yect o el si st e ma de i l u mi naci ón de l a sal a de j unt as del C -D d I-C IES OL -A RF R I SOL.
En un pri nci pi o, l os p anel es si nópt i cos eran de t i po est át i co, col o cados en gr andes pa nel es pl agad os de i ndi cadores y l uces. Co n el t i empo han i do evol uci o nando, j unt o al sof t war e, en for ma de represent aci ones gráfi cas en pant al l as de vi sual i zac i ón (PV D, P ant al l as d e V i sual i zaci ón de Dat os) [ 14] .
Capítulo 3.
Materiales y m étodos
3.1 Edifi cio CIESO L
El C -Dd I -C IE SO L -A RFR IS OL ( Cent r o de In vest i gaci ón de E nergí a Sol ar ) , l ocal i zado en e l campus de l a Uni ver s i dad de Al merí a, véase fi gura 3.1 , cuent a con una super f i ci e t ot al de 1071,9 2 m2, y se encuen t ra di vi di do en dos
pl ant as. Más det al l adament e, co mo se obser va en l a fi gura 3.2, est e C -Dd I est á f or mado por sei s des pachos, t odos el l os c on ori ent aci ón est e, s i t uados en l a pl ant a baj a, a e xcepci ón del despach o de di r ecci ón si t uado en l a pl ant a al t a, ade más exi st en un t ot al de ocho l abor at ori os or i ent ados al nort e (cuat r o en l a pl ant a baj a dedi cados a 'Quí mi ca Sol ar ' y cu at r o en l a pl ant a supe r i or, dos de 'Model ado y Co nt r ol Aut o mát i co ' y ot ros d os de 'Recursos Ener gét i cos Sol ar es y Cl i mat ol o gí a '), una n a ve -t al l er, donde s e encuent ra u na cal d era de al t a ef i ci enci a y una máqu i na de absor ci ón y ot r as est anci as par a el personal del cent r o, co mo l a coci na y l os aseos [1] .
F i g u r a 3 . 1 L o c a l i z a c i ó n d e l e d i f i c i o C - D d I - C I E S O L - A R F R I S O L
El edi fi ci o se constr uyó se gún di versos cr i t eri os de ar qui tect ura bi ocl i mát i ca, co mo el uso de un si st e ma de cal efacci ón -refri ger aci ón (HV A C,
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Ade más, el cerr a mi en t o del edi f i ci o di f i er e en funci ón de l a ori ent aci ón, por ej empl o, en l as f achadas nort e y oest e e l cerr a mi ent o est á co mpuest o por chapa ond ul ada en l a par t e ext eri or , ai sl a mi ent o y un bl o que de t e r mo ar ci l l a, pr oporci onando un ma yor ai sl a mi ent o q ue l os mat eri al es que se usan habi t ual ment e. Mi ent r as que en l as f achadas sur y est e, el cerra mi ent o consi st e en una fachada vent i l ada con revest i mi e nt o ext er i or cer ámi co, cá mara de ai re, ai sl ami ent o de pol i u r et a no y u n muro i nt eri or de al t a i nerci a t érmi ca. Co mbi na ndo est e t i po de cerr a mi ent os de el e vada i nerci a t ér mi ca i nt er i or , con el uso apropi ado de un ai sl a mi ent o t ér mi co, pr oducen un ret ardo en l as condi ci ones i nt eri or es r espect o de l as ext eri ores, a mor t i gua ndo l as osci l aci ones di ar i as de t e mperat ur a en el i nt eri or del edi f i ci o.
Ot ra de l as est r at egi a s ut i l i zadas es el r et ranqueo de l as vent ana s con or i ent aci ón sur y est e, con el f i n de evi t ar l a i nci denci a di r ect a de l a radi aci ón sol ar en l os meses má s cal u rosos y per mi t i r l a ent r ada de r adi aci ón en l os meses de i n vi er no, véase fi gu ra 3.3. Ade más, l a cubi ert a est a so mbr ea da de dos for mas di st i nt as para evi t ar l a i nci denci a de l a radi a ci ón sol ar de for ma di rect a.
A cont i nuaci ón, se r eal i zará una bre ve d escri pci ón de una se r i e de est r at egi as pasi vas q ue per mi t en apro vech ar al má xi mo l as ca ract erí st i cas a mbi ent al es del e mpl a za mi ent o del edi f i ci o, así como de est rat egi a s act i vas que hacen uso de ener gí as r enova bl es.
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Cerrami entos d el edificio
A l a hora del di seño y const r ucci ón de un edi fi ci o, uno de l os fa ct ores más i mpor t ant es es s u cerr ami ent o , ya que a t r avés del mi s mo se real i za el pr oceso de capt aci ón sol ar . En general , en un edi f i ci o s e pueden consi derar dos t i pos de cerr a mi ent os di st i nt os: acri st al ados y opacos.
El cer ra mi ent o acr i st a l ado es el el e me nt o a t ravés del cual t i ene más i nf l uenci a el proceso de capt aci ón sol ar y se con vi er t e por l o t ant o, en el r esponsabl e de l a ma yor par t e de l as ganan ci as sol ares [ 16]. Por l o t ant o, el di seño de est os cer rami e nt os es vi t al t ant o a ni vel pr e vent i vo ( se l ecci ón de l a or i ent aci ón corr ect a) co mo a ni vel corr ect i vo ( sel ecci ón del t i p o de vi dri o cor rect o) . En el caso de est e edi f i ci o, fueron sel e cci onados t ant o vi dri os dobl es t er mo acúst i cos [ 17] c o mo vi dr i os de se gur i dad, con carpi nt erí a de al u mi ni o.
Por ot ro l ado, al cont r ari o que ocurr e con l o s cerr a mi ent os acri st al ados, el f l uj o de cal or a t ravés de un cer r a mi ent o opaco no es i nst ant á neo, ya que l l ega al i nt eri or con un a ci er t a a mort i guaci ón y desfase de t i e mpo. E n el edi fi ci o est udi ado, se o pt ó por di st i nt os t i pos de cer r a mi ent os ext eri ores en funci ón de su ori ent aci ón y su us o. Especí fi ca ment e, l o s cerr ami ent os de l as fachadas sur y est e con si st en e n un a f achada vent i l ada qu e est á co mpuest a por u na ci t ara de l adr i l l o per forado, ai sl a mi ent o de pol i uret ano pro yect ado de 3 c m, una cá mar a de ai r e y u n apl acado de cer á mi ca c o mpact a [ 17]. Por ot ra part e, el cerr a mi ent o de l a zona de l a na ve y l a f a chada nort e est á forma do por un bl oq ue de t er mo ar ci l l a de 20 c m de es pesor , un ai sl a mi ent o de pol i uret ano pr o yect ado de 3 c m y un r e vest i mi ent o de chapa on dul ada de ace r o gal vani zado [17 ], véase fi gura 3.4.
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Somb reami en tos
Debi do al cl i ma m edi t err áneo se m i desé rt i co caract er í st i co de l a ubi caci ón del edi f i ci o, es reco mendabl e el uso de est rat e gi as capaces de a mor t i guar l a i nfl uen ci a de l a radi aci ón sol ar . Una de l as t é cni cas más apr opi adas para r esol ver est a si t uaci ón es l a i nst al aci ón de so mbr ea mi e nt os. En gener al , en l a const ru cci ón del edi fi ci o ha y dos di fer ent es so m brea mi ent os, ext er i ores e i nt er i or es. Los so mbrea mi ent os ext eri or es evi t an l a i nci denci a de l a r adi aci ón sol ar dent r o del edi f i ci o ant es de su paso por el acri st al ami ent o . Por ot r a par t e, l as pr ot ecci ones i nt er i or es son r esponsabl es de redu ci r el efect o de l a r adi aci ón sol ar u na ve z ha at ra vesad o e l cri st al .
En el cas o del edi fi ci o, se han i nst al ado , e n t odas l as vent anas de l as f achadas sur y e st e, p er si anas r egul abl es t a nt o en al t ura co mo en ori ent aci ón. Ade más , se ha so mbr eado l a cubi er t a de l a na ve y de l os l abo rat ori os con or i ent aci ón nort e me d i ant e l a i nst al aci ón de panel es sol ares t ér mi cos, par a l a i nst al aci ón de frí o sol ar, y fot o vol t ai co s, p a ra l a pr oducci ón de en ergí a [ 3].
Ven tilaci ón natu ral
La ve nt i l aci ón nat ural es una de l as t écni cas más usadas en ref ri ger aci ón nat ur al . Se basa en i n t ent ar ut i l i zar el ai r e ext eri or para di si par e l exceso de cal or en el i nt er i or del edi fi ci o.
En e l caso de est e edi f i ci o, se ha adopt ado u na est rat egi a de ve nt i l aci ón cr uzada (ori gi nada por l as fuer zas del vi ent o) par a el acondi ci ona mi ent o pasi vo de l a na ve durant e l os meses más cal uros os. La vent i l aci ón cr u za da se consi gue medi ant e l a apert ura d e r e j i l l as en l os port o nes si t uados e n el s ur de l a na ve y en l a cara nor t e s uper i or. C on el l o, se pret en de ref ri gerar l a na ve a provec hando l a or i ent aci ón sur -n or t e y l a confi gur a ci ón d e l a cubi ert a i ncl i nada [18 ] .
Instalación d e f río s olar
El edi fi ci o C IES OL p osee un si st e ma HV A C basado e n ener gí a sol ar co mpuest o de un ca m po de col ect ores sol ar es, un si st ema de ac u mul aci ón -al ma cena mi ent o de a gua c-al i ent e, una c-al dera y una máq ui na de a b sorci ón, con su t or re de refri ger aci ón, con una pot enci a d e 70 kW de frí o, véase f i gura 3.5.
Capítulo 3. Materiales y méto dos
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F i g u r a 3 . 5 I n s t a l a c i ó n d e f r í o s o l a r
F i g u r a 3 . 6 E s q u e m a d e l s i s t e m a H V A C b a s a d o e n f r í o s o l a r . [ 3 ]
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Por est e mot i vo, se j ust i fi ca el uso de un ac u mul ador de a gua cal i en t e y una cal der a. El si st e m a acu mul ador de a gua cal i ent e, const a de do s t anques de 5000 L cada un o, l os c ual es se encuent ran ai s l ados t ér mi ca ment e pa ra que no se pi er da el cal or del agua al macenada, y de e st a for ma, cuand o el si st ema est á l i br e y l a r adi ac i ón a ú n se puede apro vechar , se al macena el a gua cal i ent e que se genera con l os col ect or es sol ares en est os t anques. Fi nal ment e, l a cal der a apor t a l a pot enci a nec esar i a par a poder dar servi ci o a l os usuari os del si st e ma de ai r e acondi ci onado baj o cual qui er condi ci ón met eor ol ó gi ca , per o el obj et i vo de l os si st e mas de fr í o sol ar es mi ni mi zar el uso de est a ener gí a auxi l i ar. Se puede ut i l i zar sol a o cal ent ando ha st a l a t e mperat ura necesa r i a el agua pr ove ni ent e de l os ac u mul adores o de l os col ect ores sol ares [3 ] .
3.2 Si stema S CADA del edifi cio CIESO L
Se conoce con el no mbre de SC AD A (S u pervi sory Cont rol An d Dat a Acqui si t i on o Si st e ma de Cont r ol , Super vi si ón y A dqui si ci ón de Dat os ) a cual qui er soft ware qu e per mi t a el acce so a dat os r e mot os de u n p roceso y el cont rol del mi s mo [ 1 4] , ut i l i zando l as herra m i ent as de co muni caci ó n necesari as en cada caso.
At endi endo a est a def i ni ci ón, se ent i ende q ue no se t rat a de un si st ema de cont r ol , si no de un a ut i l i dad soft war e de moni t ori zaci ó n o supe r vi si ón, que r eal i za l a t area de i nt e rf az ent re l os ni vel es de cont rol y l os de ges t i ón.
En l a act ual i dad, exi st en una gr an var i edad de si st emas SC AD A en el á mbi t o e mpresari al , en car gados de l a super vi si ón y el cont r ol de proc esos (véase Fi gur a 3.7 ). Si n e mba r go, para l a ma yor í a de si st e mas SC AD A, l as e mpresas que se encar gan de su desar rol l o son l as mi s mas que s e de di can a s u i nst al aci ón, de f or ma que est os si st emas son propi et ar i os y no se p ueden ad apt ar a ot ros pr ocesos.
Ini ci al ment e, el si st e ma SC AD A del C -D d I-C IE SO L -A RFR IS O L f ue pr oyect ad o par a co mpr obar l as di f erenci as del edi f i ci o ent re el comport a mi ent o r eal y si mul ado. Pero ade más , l os dat os r ecogi d os son út i l es par a i dent i f i car mal os hábi t os en el us o de l a e ner gí a por par t e de l os us uari os, real i zar est u di os de confort y su c ost e energét i co, así co mo l a eval uaci ón de l as medi das pasi vas que i ncl u ye el edi fi ci o o si st e mas de cont rol que pueda n di señar se c o mo medi da act i va [ 19].
Capítulo 3. Materiales y méto dos
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F i g u r a 3 . 7 S i s t e m a S C A D A e n e l á m b i t o e m p r e s a r i a l [ 1 9 ]
3.2. 1 Módulo de ad quisici ón
La i nst al aci ón se di vi de en di ez módul o s de recol ecci ón de dat os conect ados ví a Et hern et , co mo se muest r a e n l a Fi gur a 3.8 . De pen di endo de su l ocal i zaci ón, l os senso r es y act uadores est arán conect ados a un o de l os mód ul os
Comp act Fi el dPoi nt ( cFP) i nst al ados en el edi fi ci o, medi ant e l os cu al es se enví a l a i nf or maci ón al si st e ma de s uper vi si ón par a su vi sual i zaci ón.
Para el t r abaj o real i zado se usan el módul o de adqui si ci ón 8, para l a adqui si ci ón de l os dat os de l a i nst al aci ón en l a sal a de j unt as, y el mó dul o de adqui si ci ón 10, par a o bt ener l os dat os de l a gar i t a.
3.1.2 Módulo de sup ervisi ón
Est e módul o se encar ga de most r ar en una i n t erfaz a mi gabl e l os va l or es que t o ma cada uno de l os sensor es del edi fi ci o. La i nt erfaz se di vi d e en di versas pant al l as que muest ran cada una de l as zonas de i nt erés del edi fi ci o .
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F i g u r a 3 . 8 D i s t r i b u c i ó n d e l o s m ó d u l o s d e a d q u i s i c i ó n [ 3 ]
Moni tori zación
Capítulo 3. Materiales y méto dos
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F i g u r a 3 . 9 S C A D A d e l a s a l a d e j u n t a s : M o n i t o r i z a c i ó n
La part e i zqui er da de est a pest aña se cent ra en l a r epresent aci ón de l a sal a de j unt as. En l a esqui na superi or se mu est ra l a pl ant a de l a sal a de j unt as, donde se enc uent ran l ocal i zados de f or ma o r i ent at i va l os sensores que ha y en el l a. Ade más, en l a par t e i nf er i or se muest r an dos gráfi cas para l a rep r esent aci ón de l a i l u mi nanci a i nt eri or y ext eri o r . P or úl t i mo , se muest r a el nú mero de per sonas que h a y dent ro de l a sal a.
En l a par t e cent r al de l a pest aña de moni t or i zaci ón, se di fer enci a n t res f unci ones. La pri mer a, en l a par t e superi or , s e encuent ra el bot ón d e apa gado y sel ecci ón del mo do manual o aut o mát i co. J ust o debaj o, l a segunda, se muest ra el est ado de l as persi anas y l as l u mi nar i as . Por úl t i mo, en l a p art e cent ral i nf eri or, se encuent r a una zona de di cada a c ont r ol aut o mát i co del si st ema .
En l a part e der ech a de l a pri mera pest aña , s e encuent ran l os bot o nes de act uaci ón manual de l as persi anas.
Control
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F i g u r a 3 . 1 0 S C A D A d e l a s a l a d e j u n t a s : C o n t r o l
Gráfi cas
Est a t ercera pest aña se co mpo ne a su ve z de d os pest añas más ( ver F i gura 3.11), si n e mbar go, pa ra l a real i zaci ón de es t e pro yect o sól o será necesari a l a pr i mer a, que muest ra e l est ado de l as per si anas, así co mo el nú mero de personas en el i nt er i or de l a sa l a, puest o q ue l a ot r a pest aña se cent ra en e l est ado del f ancoi l , r el aci onada c on el confort t ér mi c o .
Capítulo 3. Materiales y méto dos
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Gari ta
En est a cuar t a pest añ a ( ver Fi gura 3 .12) s e represent an medi ant e una i ma gen de l a gar i t a l a s var i abl es ext er i ores que se mi den , co mo s on el caso de l a r adi aci ón di fusa, l a r adi aci ón di r ect a, l a i lu mi nanci a ext eri or, l a t emperat ur a, l a hu meda d y l a pr esi ó n. A de más de t odos es t os val ores, en l a part e derecha de l a pest aña se muest ran gráf i cas de al gunas d e l as vari abl es ext er i ores.
F i g u r a 3 . 1 2 S C A D A d e l a s a l a d e j u n t a s : G a r i t a
Configu ración
Est a úl t i ma pest aña de l si st e ma S CA DA de l a sal a de j unt as ( ver F i gura 3.13) se cent ra, co mo su pr opi o no mbr e i n di ca, en l a co nfi guraci ón de l as di r ecci o nes de l os canal es de co muni caci ón. E n el l a se pueden di fer enci ar vari as secci ones a confi gur a r : act u aci ón, adqui si ci ón de dat os, modo aut o mát i co, i nst al aci ón de frí o sol ar y l u mi nar i as.
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3.2.3 Módulo de análisis d e d atos
Est e módul o p er mi t e vi sual i zar, f i l t rar y e xt r aer l os dat os hi st óri cos r ecol ec t ados por el m ódul o de adq ui si ci ón. Ade más, exi st e un mét odo para acceder a l os dat os d el edi fi ci o des de el ext e ri or medi ant e una con exi ón de red pr i vada vi rt ual (V PN , Vi rt ual Pri vat e Net work) a un or de nador del C D d I -C IES OL -A RF R ISO L, con acceso al si st e ma S-C AD A medi ant e Et hernet . Est e si st ema se r epresent a a cont i nuaci ón en l a fi gur a 3.14 .
F i g u r a 3 . 1 4 E s q u e m a d e l s i s t e m a S C A D A i m p l e m e n t a d o
3.3 S ala d e jun tas d el edificio CIESOL
La sal a de j unt as , ver f i gur a 3 .15 , en l a que se ha cent rado est e t ra baj o se encuent ra ubi cada e n l a pri mera pl ant a de l C -D d I-C IES OL -A RF R ISO L, con or i ent aci ón sur . Co mo su propi o no mbre i ndi ca, est a sal a se usa pri nci pal ment e par a r euni ones de l a j unt a di rect i va del edi f i ci o, par a exposi ci ones y, en ocasi ones, para l a re al i zaci ó n de cl ases y ex á menes, si endo po r l a mañana cuando más se suel e ut i l i zar .
En cuant o a l as di men si ones de l a sal a d e j unt as, est a cue nt a con u n ár ea de 67,87 m2 y un per í met ro de 40,7 m. La p art e út i l de l a sal a ti ene un l argo de
Capítulo 3. Materiales y méto dos
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La pr i mer a zona, l a cu al se conoce co mo ‘ zo na proyect or’, si t uada cerca de l a ent r ada, l a pi zar ra y el pr o yect or , pos ee una al t ura de 2,8 0 m, mi ent ras que la segunda zona, conocida con el nombre de ‘zona ventanas’, tiene una al t ur a de 2,95 m y est á si t uada j unt o a l as ve nt anas.
Est a di ferenci a de al t ura se debe a qu e en l a sal a se const r u yó un fal so t echo con el f i n de pas ar el cabl eado de l a i n st al aci ón.
F i g u r a 3 . 1 5 S a l a d e j u n t a s d e l e d i f i c i o C I E S O L
En l o referi do a su descri pci ón i nt er na, el suel o est á co mp uest o de p ar qué l ami na do fl ot ant e en madera de ha ya sob r e espu ma de pol i et i l eno y past a ni vel adora y t ant o l as par edes co mo l as puer t as son de madera l a mi nada.
Co mo se ha menci ona do ant es, l a sal a se e ncuent r a secci onada e n dos zonas. La ‘zona proyector’ cuenta con 8 puntos de luz, mientras que la ‘zona ventanas’ posee la mitad. Esto es debido a que la primera zona necesita un ma yor aport e l u mí ni co art i f i ci al al est ar más al ej ada de l as vent ana s.
Los punt os de l u z de l a sal a de j unt as son mo nt aj es empot r ados, cad a uno de el l os, con 4 fl u or escent es Phi l i ps, model o T L -D 18W/ 5 4 -76 5, cu yas caract er í st i cas se mue st r an en l a t abl a 3.1 .
Lámpara T L -D 1 8W/ 54 -765
Casco G13
F l ujo Lumi noso (l m) 1050
Ef i caci a (l m/ W) 58
Temperat ura de col o r 6200
I.R. C. >70
Cl ase B
Vi da Medi a (h)
EEM i n duci do 13000
H F -P 20000
Vi da Úti l (h)
EEM i n duci do 6000
H F -P 7000
