- Abstract
- Introducción
- Marco teórico
- Domótica contribución con el ahorro energético
- Conclusiones
- Referencias
In this paper we present a model automation system applied current , from trends connectivity and control as well as the first and main technologies on the market today , showing that the use of free software and low cost hardware allow for more less impact environmental and cheaper solutions in the market , in addition to greater comfort with the rational use of energy. We also introduce the current situation of new trends enrgéticas friendly to the environment and its benefits.
Index Terms—Automation, Automatic, control, microcontrollers, sensors, actuators, free software, free hadware, gateway, remote access.
En los últimos años van adquiriendo cada vez más importancia las acciones, proyectos e investigaciones relacionadas con el ahorro de energético y el uso moderado, efieicnte y almenos sustentable de recursos debido al impacto que tienen las tecnologías existentes para con el medio ambiente y la vida en el planeta. Debido a dichas consecuencias, la ciencia y la tecnología avanzan con su enfoque a obtener más alternativas, métodos, maneras y soluciones tecnológicas y técnicas que estén dentro de un uso moderable de los recursos naturales y energías no renovables. También se enfoca la investigación para los sectores residenciales, turísticos e industriales que son comúnmente los mayores consumidores de recursos y las opciones para implementar soluciones tecnológicas que puedan potenciar el ahorro en dichos sectores son demasiado costosas y no están al alcance de la gran mayoría.[2][1]
Un sistema demótico tiene la habilidad de coger información que vienen de sensores y entradas, la procesan y emiten unas órdenes a unas salidas. Los sistemas pueden acceder a las redes exteriores de comunicación o información. La domótica ha ido avanzando mucho últimamente, y ahora ofrece alta gama de variación en sus diseños. Ayuda mucho en todo tipo de problemas ya sean por ejemplo seguridad, comodidad etc., al igual que los dispositivos son mucho más fácil de instalar En conclusión es una muy buena ventaja que posee la domótica. Técnicos en instalación de la Domótica han perfeccionado su habilidad en la instalación de los mismos formando su perfección en cursos de Domótica y trabajan en el servicio de mantenimiento. [1]
La domótica hace que la vivienda sea más funcional La red de control del sistema domótico se enlaza con la red de energía eléctrica y se coordina con el resto de redes con las que tenga relación: pueden ser relación telefónica, televisiva, y de tecnologías La instalación interior eléctrica y la red de control del sistema domótico están reguladas por el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) [2][20]
Figura 1. Sistemas domóticos amigables con el medio ambiente. [7]
Domótica contribución con el ahorro energético
En los últimos años se ha estado experimentado una de las más duras crisis energéticas. Agregándole a esto la contaminación ambiental masiva en algunas zonas del mundo, dicha consecuencia es una de las causantes del efecto invernadero, la cual provoca la inconformidad de la sociedad y el deterioro en muchos sentidos de la vida en el mundo, es por aquello que algunos países y organizaciones están tomando la iniciativa de promover la utilización de energías convencionales de manera eficiente y ahorrativa, la tendencia está en ahorrar energía como principal, y con esto parar en algo el calentamiento global y el brusco cambio climático, según investigadores por cada kilowatt/hora de energía eléctrica que se ahorre, se salvaría de emitir a la capa atmosférica un kg CO2. [2][12]
Debido a esto es que la tecnología de redes está mutando hoy por hoy la forma en que las personas, compañías y organizaciones procesan la información y sistematizan sus actividades de producción u otras, la sociedad en general se encuentra en los albores de la investigación, observación y control del mundo físico actual.[2][1]
III-A. Aporte de la domótica en ahorro energético
Para facilitar el ahorro energético y bajo consumo general : gestiona de manera inteligentemente la climatización, iluminación, agua caliente, sanitaria, los electrodomésticos , el riego, etc., aprovechando de mejor y más óptima manera los recursos naturales, utilizando los costos de tarifa horaria de menor costo, y reduciendo asi de manera óptima, la factura de consumo energético. Además, a partir de la monitorización de consumos de energía, se capta la información que se necesita para modificar los hábitos y aumentar en mayor cantidad el ahorro y la eficiencia de dichos sistemas. [1][2][12]
La domótica en esta área se encarga de elaborar y hacer un plan de uso más eficiente de la energía eléctrica mediante los dispositivos denominados "X10" que pueden ser modificados por parámetros y condiciones tanto de tiempo como de temperatura y presencia. Siendo así los mismos podrán manipular equipos eléctricos en función a cómo las variables hayan sido establecidas. Por lo tanto se evitaría por ejemplo que la luz de la sala de estar en el hogar estuviese prendida sin la presencia de algún individuo en ese preciso momento.[1][10]
En el campo de las funciones que pudiese desempeñar la gestión de energía eléctrica se pueden identificar cualidades relacionadas con eventos de programación, regulables y optimizables de modo que nos permitan integración de todos los dispositivos incluidos en la vivienda con el sistema y permitan realizar acciones tales como: [1][10]
• La racionalización de cargas eléctricas a partir de dispositivos que permitan establecer conexión o desconexión de manera selectiva de dispositivos en función del consumo eléctrico, evitando de esta manera que se corte el suministro de energía por acción de las protecciones.[1][16]
• La iluminación zonificada (por zonas) implementa detectores de presencia física o en función de la variación de luz natural mediante accionadores tipo interruptores crepusculares.[2][11]
• También el ahorro de energía por medio de acumuladores de carga o el arranque de ciertos dispositivos en horas de tarifa reducida (menor costo).[1][17]
• La climatización optimizada y programada por zonas en cuanto a la ambientación del interior o del exterior, ocupación de los espacios en vivienda, estados de las ventanas o de otros criterios a determinar.[1][11]
• El manejo de curvas en función de la demanda para proporcionar la información acerca de consumos y costos de las distintas tarifas de servicios tales como agua, gas y electricidad, indicando así los cambios en el cobro de los servicios básico-públicos. [1][12]
III-B. Nuevas exigencias de la sociedad proyectadas a futuro en el ámbito de ahorro energético.
La sociedad en el futuro va hacia una organización regida por la gestión de manera inteligente y eficiente en lo relacionado al uso masivo de la energía, y es por eso la tendencia a utilizar sistemas domóticos, permitiendo el uso responsable de los recursos mencionados (electricidad, combustibles y agua), ya que el uso de estos dentro del hogar, conseguirá administrar de una manera mas inteligente y responsable la iluminación, climatización, electrodomésticos, riego, usando mejor los recursos naturales, permitiendo disminuir el costo de factura energética en un ambiente de confort, seguridad y eficiencia
Además, estos sistemas permiten monitorizar el consumo, por parte de los usuarios, emitiendo asi la información necesaria para modificar los hábitos e incrementar el ahorro energético y la eficiencia del mismo. Desde este punto de vista, el ahorro y la eficiencia energética a partir del mejorar el medio ambiente, también ayudará a incrementar la competencia en el sector industrial, aumentando el PIB de muchos países. [2][3][20]
Figura 2. Sistema domótico. [5]
III-C. Hadware orientado al bajo consumo de energía.
Actualmente la disponibilidad de hardware gratuito tales como microcontroladores, transceptores de baja potencia, sensores entre muchas más permiten el desarrollo de redes con base en sensores-actuadores con una altísima densidad de distribución, y además para una gama muy amplia de funcionalidades permitidas, que pueden ir desde el control de manera remota de varias luminarias de una casa hasta la gestión y control de variables del medio ambiente (medioambientales).[3][2]
Los dispositivos que serán utilizados tienen un muy bajo costo, ya que los mismos se utilizan con fines académicos e investigativos para el desarrollo de hardware, con los datos adquiridos como referencia, requerimientos se pueden acoplar con el dispositivo, encontrando de esta manera un equilibrio entre las expectativas del usuario y los costos reales para la producción e instalación de dichos dispositivos.[9][11]
Figura 3. Tipos de sensores [9]
Las redes que implementan sensores para gestión y control de diferentes ambientes utilizando cableado no son algo nuevo y sus principios han sido convencionalmente utilizados para medir niveles de humedad, temperatura, la diferencia está en que la elaboración de dichos microchips, con nuevos estándares con tecnología de telecomunicación inalámbrica, y desarrollo de software libre, están logrando que la conexión por cableado desaparezcan, incrementando asi notablemente su potencial, ya que éstas pueden usar múltiples tecnologías inalámbricas como pueden ser bluetooth, RFID, UWB, Home RF, IrDA entre otras. [1][2][5]
Componentes:
Los elementos que se muestran en la figura [1], componen un sistema domótico, los cuales se clasifican en los siguientes tipos: [2]
Sensores.
Unidad de Control.
Actuadores.
Interfaces.
Sensores:
Los detectores más comunes en una vivienda domótica son:
• Detectores de incendios: Detectan altas temperaturas.
• Detectores de gas: Detectan fuga de gas.
• Detectores de fugas de agua: detectan fugas de agua en zonas más vulnerables.
• Sensores de luminosidad: miden la luminosidad que se recibe en el interior del lugar
• Sensores de temperatura: indican la temperatura actual.
• Detectores magnéticos: detectan las aperturas de ventanas, puertas, etc. [2][5][1]
Figura 4. Tipos de sensores [1]
Transmisores:
Los transmisores tienen un funcionamiento en la recopilación de información representada en las órdenes y comandos que el usuario del sistema ejecuta como por ejemplo : mandos a distancia, interfaz telefónico, teclados, pulsadores e interruptores. [1][15]
Figura 5. Tipos de transmisores [1]
Actuadores:
Son dispositivos electromecánicos, reciben la señal desde un módulo controlador que es manipulado por un usuario, y éste a su vez da la orden al dispositivo que esté conectado eléctricamente; para que así se genere un proceso automatizado [1][2]
Figura 6. Tipos de actuadores [1]
Controladores:
Se encarga de recibir las señales que vienen de sensores, las analizan, las procesan y las transmiten a los actuadores para que hagan la función de control determinada. [2][1]
Figura 7. Tipos de controladores [1]
III-D . Contribución de la domótica al ahorro y la eficiencia energética
El consumo de energía eléctrica produce negatividad en el medio ambiente, afecta a lo económico y ecológico, gracias a la Domótica podemos ahorrar el consumo de agua, electricidad combustible. [5][14]
Figura 8. La domótica gestiona elementos de control que contribuyen al ahorro[5]
Iluminación:
Los Sistemas de iluminación tienen sistemas de luminosidad debido a las necesidades que presenta cada instante
Detectan la presencia de personas, las iluminarias se activan cuando es necesario.[12]
Control automático de las cortinas o persianas aprovechando la luz solar al máximo.
Encendido y apagado de luces exteriores de la vivienda. [5][18]
Climatización:
La Domótica nos ayuda mucho en los sistemas de climatización por ejemplo la regulación de la calefacción, debido a la temperatura exterior de la casa. [5].
Electrodomésticos:
La Domótica ayuda a el control de encendido y apagado de los electrodomésticos programándolos para un menor consumo de energía eléctrica. [13][19]
III-E. Cómo ahorrar combustibles
Climatización:
Puede ayudar a avisar la detección de las ventanas cuando están abiertas para la aclimatación del hogar. [17]
Fugas de gas:
Avisa si hay averías o fugas cortando el suministro del mismo para que no haya averías en el hogar. [5][19]
Módulos de encendido y apagado remoto inalámbrico (Bajo Costo) :
La arquitectura basica de este módulo está constituida por de un transmisor-receptor (transceptor) de radio-frecuencia con baja baja potencia, además de un microcontrolador PIC, un relé y una fuente de alimentación capacitiva, todo fabricado con el principio de bajo costo y de fácil acceso.[1][4][20]
Sensor de presencia inalámbrico :
Este sensor debe es capaz de detectar presencia o no de individuos en el establecimiento o lugar donde se lo coloque y comunicar de esta manera por via inalámbrica al dispositivo Gateway para que dicho dispositivo tome la decisión de encender o apagar luces, proyector y climatización. Dicho dispositivo consta de un sensor que puede ser de visión CCD, pasivo infrarrojo PIR o ultrasonico, además un microcontrolador PIC (+ RAM si el sensor es de visión), un transceptor de radiofrecuencia de baja potencia y una fuente de alimentación, todo también con un bajo costo. [1][2][11]
Gateway Empotrado inalámbrico:
Este es el elemento más importante porque tiene las siguientes funciones:
Árbitro de la red de sensores y actuadores inalámbricos.
Interfaz entre red de sensores y actuadores inalámbricos y la red Ethernet.
Servidor Web incorporado.[1][19]
III-F. Aplicaciones de domótica orientado al bajo consumo eléctrico.
Sistema de climatización:
Una de las aplicaciones posibles y mas utilizadas para la aplicación de domótica de bajo consumo eléctrico, consiste en implementarle al sistema un mando con sensores mediante telecontrol, para que establezca una conexión hacia la calefacción cuando el usuario únicamente esté en camino hacia su vivienda, evitando asi que la misma este encendida durante periodos mas largos de tiempo. [1][7]
Figura 9. Sistema domótico de climatización por telecontrol.[7]
Sistema de iluminación:
Para cada grupo de esquemas de iluminación se puede implementar diariamente varios intervalos de horarios para su automatización y tener asi también en cuenta el estado actual de algunos sensores. De igual manera, es preciso disponer de un accionador que permita al cliente prender o apagar el grupo de luces correspondiente o requerido. Siempre se tiene prioridad al accionador frente a la automatización en modo programado de los grupos de luces implementados, por lo que en cuanto se acciona dicho accionador, el sistema pasa automáticamente a modo controlado manualmente, quedando deshabilitada la automatización. Además se puede emplear una función de "modo noche", de manera que la luz se prenda en función de la intensidad de luminosidad exterior que se registra por un sensor colocado estratégicamente o bien a partir de una hora determinada. [7][18]
Figura 10. Sistema domótico de climatización por telecontrol.[7]
Es una situación palpable desde cualquier punto de vista el hecho de que en nuestro planeta se agoten los recursos energéticos no renovables y una de las formas de acabar con este factor no reversible es haciendo un uso cuanto menos racional, moderado y eficiente de los recursos medioambientales. La tecnología en la actualidad (moderna) con sus posibilidades y tendencias de uso gratuito en muchas de las áreas, nos proporcionan herramientas versátiles y muy poderosas para contribuir con el ahorro de energía y al mismo tiempo crear un ambiente de confort y bienestar para el usuario en general.
Después de realizar esta investigación se puede concluir que en la actualidad ya tenemos las posibilidades para implementar sistemas domóticos que nos proporcionen confort además de contribuir con el ahorro energético que sería la prioridad mas importante proyectándonos hacia futuro en la construcción y automatización de viviendas. Posibilidades como los dispositivos de bajo consumo de energía pensados desde su fabricación hasta sistemas diseñados para optimizar el uso de componentes y dispositivos para que los mismos consuman menos cantidad de energía al ser utilizados únicamente cuando el usuario esté en presencia y accionamiento de los mismos.
Al conocer dichas posibilidades hay que tratar de aplicar estas tendencias, herramientas y tecnologías que nos llevarán sin dudas a un desarrollo exponencial, con independencia tecnológica como base de los proyectos a futuro y a su vez en armonía con la naturaleza, el medio ambiente y el uso racional y medido de sus recursos.
Is a palpable situation from every point of view the fact that our planet's non-renewable energy resources are depleted and one of the ways to end this not reversible factor is doing the less rational, moderate and efficient use of environmental resources . Technology today (modern) with its possibilities and trends for free use in many areas, we provide versatile and powerful tools to contribute to saving energy while creating an atmosphere of comfort and well-being for the user in general.
After this research we can conclude that today we have the possibilities to implement automation systems that provide us comfort and contribute to energy saving would be the most important priority projecting towards the future in building and home automation. Possibilities as devices designed low power consumption from manufacturing to systems designed to optimize the use of components and devices so that they consume less energy to be used only when the user is in the presence and controlling the same.
By knowing these possibilities have to try to apply these trends, tools and technologies that will lead us undoubtedly an exponential development, technological independence as a basis for future projects and turn in harmony with nature, the environment and use rational and measured resources.
[1] J. Beltran, Carlos Franco. (2007). Wireless Sensor Networks. Bit(165), 61-64. Marulanda Meza, Juan Sebastián, Franco, Campo, & Fernando, Juan. (2010). Desarrollo de un prototipo de simulador de un sistema domótico para hogares, basado en redes de protocolo X10.
[2] Fabricio Urdiales Ponce y Alleiny Machado (2015): "La domótica y su contribución en el uso racional de recursos energéticos. Diseño de solución con tecnologías libres y de bajo costo (Caso Universidad Ecotec)", Revista Contribuciones a las Ciencias Sociales, n. 27 (enero-marzo 2015). En línea: http://www.eumed.net/rev/cccss/2015/01/domotica.html.
[3] Óscar David Henao Merchán. Hardware Y Software Domótico. [Publicación 2006, Medellín]
[4] Demo DOMOTICA ACTIVA [en línea], [fecha de consulta: 20 de Septiembre del 2008] Disponible: http://www.domoticaviva.com/demo/amarillas.htm
[5] Asociación Española de Domótica e Inmótica CEDOM http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_11187_domotica_en_su_vivienda.pdf
[6] Como ahorrar energía en su vivienda instalando Domótica Disponible en : http://www.idae.es/uploads/documentos
[7] Domótica y ahorro ambiental como propósito de las empresas. En línea en : http://www.ahorroambiental.com/es/domotica
[8] Ventajas de la domótica para conseguir un ahorro de energía, Disponible en : http://www.xatakahome.com/domotica/ventajas-de-la-domotica-para-conseguir-un-ahorro-de-energia
[9] Narvaez Manuel, Herrera Luis : "Diseño e implementación de sistema domótico para contribuir con el ahorro energético y seguridad en viviendas de clase media".
[10] Domínguez, H. M., & Sáez Vacas, F. (2006). Domótica un enfoque socio técnico. Madrid: E.T.S.I. de Telecomunicación.
[11] Hernández , S. P. (2010). Consideraciones para la aplicación de la domótica desde la concepción del diseño arquitectónico . Arquitetura Revista 6, 63-75.
[12] Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid. (2007). La Domótica como Solución de Futuro. Madrid.
[13] "Interiorismos, Beneficios de la domótica en el hogar" En linea en : http://interiorismos.com/beneficios-de-ladomotica-en-el-hogar/, fecha de consulta diciembre 2014
[14] WALTER BANKS, ASHOK P ATEN and SHERIF ABDEL-KADER: A home control system based on fuzzi logic. Home automation & building control, Jul. 1995, pp. 51-57
[15] J. C. Calloni. Curso básico de domótica. Tecnibook/Alsina Ediciones.
[16] Fulvio Corno Dario Bonino, Emiliano Castellina. Automatic Domotic Device Interoperation. IEEE, 2009.
[17] L. D. Hidalgo, W. M. Demera, N. V. Velastegui, and E. Leyton. Diseño Para El Control De Un Hogar Inteligente Mediante El Uso Del Sistema Domotico (X-10) Por Medio De La Red Electrica. 2009.
[18] J. A. G. Meseguer. Diseño de una instalación domótica con tecnología LONWORKS. 2010.
[19] Antonio Gomez Miguel Zamora, Jose Santa. An Integral and Networked Home Automation Solution for Indoor Ambient Intelligence. 2010.
L. F. H. Quintero. Viviendas inteligentes (domótica). Ingeniería e Investigación, 25(2):47 – 52, 2005.
BIOGRAFÍA
Juan Javier Feijoo Loayza: Nacido el 14 de Noviembre de 1994 en la ciudad de Piñas Prov. de El Oro, estudió en el Colegio Técnico Ocho de Noviembre en la especialidad de Mecánica Industrial, actualmente estudiando en la Universidad Politécnica Salesiana en la especialidad de Ing. Electrónica.
Maxx Vásquez nació en Loja el 4/11/1993 bachiller en el colegio Bernardo Valdivieso Especialización físico matemático actualmente cursa sus estudios universitarios en Carrera de ingeniería electrónica en Universidad Politécnica Salesiana .
Autor:
Juan Javier Feijóo Loayza,
Max Enrique Vásquez Tapia
Carrera de Ingeniería Electrónica,
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca, Ecuador