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Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización

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INDICE

INTRODUCCIÓN………..……………………………….………………………...1 JUSTIFICACIÓN.......................................................................................................2

CAPITULO I: GENERALIDADES

1.1 TECNICAS ACTUALES….………………………………………………….. 4 1.2 PLC………………………….…………………………………………………. 7 1.3 HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA………………………………………………13 1.4 ENERGÍA SOLAR……………………………………………………………16

CAPITULO II: DESCRIPCION DEL PROYECTO

2.1 FUNCIONAMIENTO DEL BCM……………………………………………23 2.2 ARQUITECTURA Y SU PROTOCOLO……………………………………25 2.3 SELECCIÓN DE EQUIPO PARA SUMINISTRO ELÉCTRICO…………30

CAPITULO III: DESARROLLO DEL PROYECTO

3.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA………………………………………….34 3.2 CÁLCULOS HIDRÁULICOS………………………………………………...35 3.3 DIAGRAMA DE POTENCIA………………………………………………...45 3.4 CONFIGURACIÓN VLC……………………………………………………..46 3.5 PROGRAMACIÓN………………………………………………………..….50 3.6 DIAGRAMAS DE CONTROL……………………………………………….51

CAPITULO IV: ANALISIS ECONOMICO

4.1 COSTO DEL PROYECTO…………………………………………………...57 4.2 SOFTWARE…………………………………………………………………...57 4.3 MANO DE OBRA……………………………………………………………...57 4.4 EQUIPO………………………………………………………………………..58 4.5 MATERIAL……………………………………………………………………..59 4.6 AMORTIZACIÓN Y MANTENIMIENTO…………………………………….60

ANEXO A…………………………………………………………………………...61 CONCLUSIÓN……………………………………………………………………..64 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………….65


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INTRODUCCION

La tecnología ha sufrido un incremento ciertamente considerable durante los últimos años y son notables los grandes avances que ha experimentado. Desde la microelectrónica hasta Internet y el uso de las redes de comunicación, el amplio espectro que cubre lo que podríamos denominar nuevas tecnologías ha avanzado a mayor ritmo que cualquier otro sector en nuestra sociedad actual.

Para el caso de esta tesina nos avocaremos a los avances utilizados en la automatización de una casa (domótica) pero todo esto conlleva al ahorro de la energía un tema muy interesante debido a la necesidad de hoy en día, así mismo se preguntaran: ¿Qué hacer para evolucionar las viviendas?, ¿cómo lograr que éstas cuenten con las últimas tecnologías? Y ¿cómo tender hacia la comodidad y el confort tecnológicos? son, entre otras, algunas cuestiones que las empresas tecnológicas se han planteado en los últimos tiempos, con la finalidad de resolver todas estas incógnitas ha surgido la domótica como una solución que es ya presente y que tiene un futuro de lo más esperanzador. La domótica ha nacido con el objetivo de aportar soluciones avanzadas en el ámbito de los hogares. Para ello combina el empleo de la electrónica y la informática para controlar y gestionar diferentes aspectos de una vivienda cualquiera.

La domótica es una realidad de presente y es el momento adecuado de dejar de pensar que la inteligencia en el hogar está por llegar. Ya está aquí, lo único que debemos hacer es comenzar a emplearla.

La tecnología esta en nuestras manos y con ella podemos hacer que la casa que estamos automatizando sea completamente inteligente, pero algo que tenemos claro es la elevada inversión que se tendrá que realizar para poder alcanzar esta meta, y también tenemos presente que poco a poco esta inversión tendera a disminuir, es por esto que nos enfocamos primero a automatizar la iluminación y la red hidráulica de la casa.

Este proyecto aparentemente puede ser costoso a un principio, pero si lo comparamos con los ahorros que se obtendrán a largo plazo, resultara ser muy eficiente, la tecnología ya es usada, pero desafortunadamente en nuestro país no tiene aun mucho auge, pero de lo que si estamos seguros es que al saber de los beneficios que conlleva esta tendencia, la gente ara un esfuerzo para cambiar a esta propuesta.

En la actualidad es mas vista esta tecnología en los edificios donde trabaja mucha gente y que como sabemos es mas descuidado el aspecto del ahorro de energía por ejemplo el apagar el aire acondicionado o la luz cuando no se requiere entre muchos otros.


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JUSTIFICACION

La operación diaria habitual que se hace en la vivienda puede conllevar a un ahorro considerable de agua y energía eléctrica si se cambian las actitudes y se es consciente del consumo necesario, ya que en México aún no se practica la cultura del ahorro. Si ayudamos introduciendo un sistema automático que racione la cantidad de agua y prenda automáticamente las luces que solo son necesarias, tendremos la certeza que estaremos ahorrando gran cantidad de agua y energía eléctrica.

La iluminación representa más de la tercera parte del consumo total de electricidad en los hogares por lo que existe un desperdicio de al menos 15 por ciento, es decir, se desperdicia la energía por tres horas diarias, que se traduce en pérdidas millonarias. El proceso de producción de energía eléctrica es costoso, y resulta necesario contar con tecnologías que permitan utilizarla adecuadamente.

Por otra parte, una de las estimaciones más aceptadas, poco más del 97% del volumen de agua existente en nuestro planeta es agua salada y está contenida en océanos y mares; mientras que apenas algo menos del 3% es agua dulce o de baja salinidad. México consume 78 millones de kilómetros cúbicos de agua por año, 83 por ciento en zonas agrícolas, donde el desperdicio es de 60 por ciento. En las ciudades se consume 12 por ciento del total y el desperdicio es de 50 por ciento.

El proyecto esta enfocado a la automatización de una casa para el ahorro de energía y agua, es decir, lo que pretendemos es proponer una alternativa para utilizar la energía que nos brinda el sol y con esto la cuenta que nos llega a fin de mes de la compañía que nos suministra la energía eléctrica no será tan elevada, esto lo lograremos con sensores de presencia que solo y únicamente se encontraran activos dentro de horarios y áreas en los que sea necesario iluminar, además el panel de celdas solares que se encontrara en la azotea donde podrá captar la mayor intensidad de luz obtenida del sol desde el amanecer hasta el atardecer, aportara la mayor cantidad de energía que requiere la casa y solo cuando sea insuficiente se tomara la energía de la línea de suministro de la compañía de luz

De igual forma de manera homologa la parte hidráulica será automatizada para controlar la apertura y cierre de válvulas (llaves), a través de sensores para usar únicamente la necesaria y racionar el buen uso de agua potable, que en México es alarmante la gran cantidad de agua que se desperdicia.

En nuestros días el tema del ahorro de energía y cuidado de los recursos naturales es de gran importancia, nuestro medio ambiente se esta deteriorando al generar la energía como hasta ahora lo hacemos, de igual manera no tenemos conciencia del agua y la estamos contaminando.


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1.1 TECNICAS ACTUALES

La imagen de la casa del futuro que dejó parte de la ciencia ficción del siglo XX en nuestra mente colectiva incluye casas que combinan un diseño arquitectónico ultra moderno con perillas, botones y luces: es una automatización visible. En la actualidad se apela más a la sutileza: las casas automatizadas incluyen todo el confort que puede ofrecer la tecnología, pero sin resignar la estética. Es decir, se puede tener una casa inteligente con cualquier estilo.

Eso es la domotica: controlar, en una casa, casi todo lo que use energía eléctrica o tenga un motor. Esto incluye manejar las luces de la casa, prenderlas o reducir su intensidad, subir persianas, correr cortinas, controlar la calefacción o refrigeración de los ambientes, el ventilador de techo, o activar el filtro de la pileta.

Se utiliza mucho el concepto de Domótica que es un titulo enfocado a automatización en casas inteligentes en realidad Domótica es: La integración en el hogar de las tecnologías de la información se denomina Domótica, y es la incorporación de tecnología a la vivienda que permite su control a distancia, brindando de esta manera seguridad, bienestar y ahorro de energía, racionalizando los distintos consumos (ver fig.1.1).

Fig. 1.1 En esta imagen podemos observar como la tecnología ha alcanzado grandes avances que con tan solo apretar un botón se puede controlar automáticamente distintas tareas en nuestro hogar.

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En Francia se creo el termino “Domotique”. Definido como” el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, ahorro de la energía y comunicación.

Día con día la tecnología evoluciona y nuestras casas no serán la excepción. En la actualidad ya existen numerosas innovaciones que permiten que tengamos un hogar más confortable, y en un futuro cercano probablemente estas innovaciones mejoren nuestras costumbres y hábitos dentro del hogar.

Una Casa Inteligente nos puede ayudar en disminuir el gasto energético para ahorrar dinero y a su vez cuidar el medio ambiente, brindar comodidad y tranquilidad cuando estamos dentro o fuera de la casa, aumentar nuestra seguridad, auxiliar y facilitar la organización de nuestras actividades cotidianas, realizar nuevas tareas desde casa, etc.

El uso de los controles de computadora permite que el hogar sea operado en una variedad de maneras. Algunos de éstos serán más apropiados para algunas personas que otras. Aquí están un número de ejemplos de la manera que el hogar puede funcionar.

¿Cómo trabaja La Casa? Los hogares inteligentes cuentan con la capacidad de distribuir la información y comandos alrededor del hogar. Hay una variedad de maneras que esto pueda ser lograda. Ampliamente éstos se dividieron en métodos con alambres e inalámbricos. La comunicación sin cables implica un sistema más inesperado de tecnologías que tienen gran potencial pero poco uso demostrativo en casas inteligentes.

Línea comunicación de energía. La línea de energía es el uso de la red de energía existente para llevar señales de datos además de la fuente 240 Volts. La comunicación de la línea de energía puede ser un medio muy eficaz para las instalaciones en hogares existentes ya que puede requerir muy poco recableado.

Comunicación infrarroja. El uso de los transmisores infrarrojos y de los receptores en el hogar es ya bastante común. Las unidades de mando a distancia para la unidad audiovisual utilizan casi exclusivamente infrarrojo para comunicarse con sus aplicaciones. El infrarrojo se puede también utilizar para los propósitos de comando y de comunicación en el hogar inteligente. Muy pocos sistemas se han desarrollado en la práctica, sin embargo, como requieren una línea clara de vista entre el transmisor y el receptor. Los Mandos a distancia infrarrojos, particularmente los que se pueden aprender señales y ser programados con nueva función, han sido utilizados extensivamente en los hogares inteligentes como método para enviar señales del comando a la red principal.


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Comunicación de la radiofrecuencia. Un medio inesperado para los hogares inteligentes es el uso de las señales de radio para comunicarse. Los nuevos estándares se convirtieron para las computadoras ahora están comenzando inicialmente a ser aplicados a los hogares inteligentes. El LAN, el estándar de IEEE 802.11b para el establecimiento de una red sin cables de computadora, y el Bluetooth, un estándar para la comunicación inalámbrica a corto rango para las computadoras, periférico y teléfono móvil, ambos se han sugerido como nuevos medios para las comunicaciones de las casas inteligentes.

Control Remoto de Iluminación. Este sistema controla toda la red de iluminación ya sea interna o externa, desde un solo lugar, permitiéndonos tener un ahorro considerable de energía, ya que la luz únicamente se utilizará donde se requiera; es muy útil ya que se puede dar la apariencia de actividad interna aunque no estemos presentes.

Sistema Integral de Audio. Le permite controlar la música ambiental desde un solo lugar. Funciona a través de un amplificador que distribuye la señal de audio hacia las diferentes bocinas ubicadas estratégicamente en paredes y plafones.

Circuito Cerrado de Televisión. Sistema que nos permite monitorear las diferentes habitaciones así cómo las áreas exteriores en nuestro hogar y conectado a un servidor de Internet podremos ver el interior de nuestra casa aún cuando no estemos dentro de ella.

Red de Aspiración Centralizada. Muy útil para no tener que disponer de una aspiradora en la limpieza de las habitaciones, ya que a través de ductos de aire ubicados estratégicamente permite la conexión de los implementos utilizados en la limpieza.

Sistema de Video en Casa. Llamado comúnmente "home theater" o cine en casa; estos sistemas tratan de asemejarse a un cine y en combinación con un sistema de sonido envolvente (surround sound) realmente nos dan una buena sensación de participación en una proyección de una película.

Sistema de Calefacción y Aire Acondicionado. Controla la temperatura ambiental interna de nuestras casas y permite tener un control regulado del ambiente a un nivel preestablecido.

Cableado Integral para Transmisión de Datos. Red interna que distribuye a todas las habitaciones, a través de un cableado independiente, y que permite la conexión de equipos de cómputo hacia un servidor central, y éste a su vez al Internet o a redes de transmisión de datos.


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Paneles Solares. El suministro de energía a través de sistemas alternos cada día se vuelve más común, y aunque el costo es alto, el uso de paneles solares tiende a ser más accesible. Estos paneles montados en el exterior y orientados hacia la mayor incidencia solar generan una corriente que almacenada durante el día nos permitirá hacer uso de los diferentes aparatos domésticos cuando se requiera o por la noche.

Para que la casas habitación funcione en forma automática es necesario contar con un PLC, este es el elemento autómata que toma las decisiones para que se realicen las tareas indicadas, a grandes rasgos esto se logra con señales que entran al PLC, este a su vez las procesa y emite señales a los actuadores, pero para entenderlo mejor enseguida hacemos referencia al funcionamiento de este.

1.2 PLC

Un PLC (programable logic controller), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.

Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo, Honeywell, Siemens, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita), Mitsubishi e Isi Matrix machines.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

CAMPOS DE APLICACIÓN

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones en residenciales etc. Algunas aplicaciones son:

• Maniobra de máquinas


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• Maquinaria industrial de plástico

• Máquinas transfer

• Maquinaria de embalajes

• Maniobra de instalaciones:

• Instalación de aire acondicionado, calefacción...

• Instalaciones de seguridad

• Señalización y control:

• Chequeo de programas

• Señalización del estado de procesos

VENTAJAS E INCONVENIENTES

Cabe señalar que las ventajas son superiores a los inconvenientes asi que mencionaremos primero las ventajas.

Ventajas

-Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

-No es necesario dibujar el esquema de contactos

-No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.

-La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.

-Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.

-Mínimo espacio de ocupación.

-Menor costo de mano de obra de la instalación.

-Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías.


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-Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.

-Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado.

-Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

INCONVENIENTES

Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.

El coste inicial también puede ser un inconveniente.

FUNCIONES

Dentro de las funciones básicas de un PLC tenemos

Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.

Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina.

Redes de comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisión: También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.


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Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata.

Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.

Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES

Las señales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente una señal de On/Off (1 ó 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los botones e interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta. Las señales discretas son enviadas usando la tensión o la intensidad, donde un rango especifico corresponderá al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar 24V de corriente continua en la E/S donde valores superiores a 22V representan un On, y valores inferiores a 2V representan Off. Inicialmente los PLC solo tenían E/S discretas.

Las señales analógicas son como controles de volúmenes, con un rango de valores entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con valores enteros por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo o del número de bits disponibles para almacenar los datos. Presión, temperatura, flujo, y peso son normalmente representados por señales analógicas. Las señales analógicas pueden usar tensión o intensidad con una magnitud proporcional al valor de la señal que procesamos. Por ejemplo, una entrada de 4-20 mA o 0-10 V será convertida en enteros comprendidos entre 0-32767.

HARDWARE Y SOFTWARE

En la actualidad estamos habituados a compartir nuestra vida con unas máquinas, llamadas ordenadores. Como los ordenadores, el PLC, va a constar de dos partes fundamentales (figura 1.2):

- El HARDWARE que es la parte física o tangible del ordenador y del autómata - El SOFTWARE es la parte que no es tangible: es el programa o programas que hacen que el ordenador o el autómata hagan un trabajo determinado.

http://www.unicrom.com/computadoras.asp


Figura 1.2 hadware y sofware

FUNCIONAMIENTO DE UN AUTÓMATA

El autómata está siempre repitiendo un ciclo, llamado ciclo de SCAN(figura 1.3), que consiste en lo siguiente:

a) En primer lugar lee todas las entradas y almacena el estado de cada una de ellas

b) En segundo lugar ejecuta las operaciones del programa siguiendo el orden en que se han grabado (ejecuta el segmento 1 del módulo PB 0, a continuación el segmento 2 del mismo módulo, y así hasta terminar con todos los segmentos del módulo PB 0, a continuación hace lo mismo con el módulo PB 1, el PB2,…)Todo esto si el programador en otro tipo de módulos (los OB) no le ha fijado otro orden distinto.

c) En tercer lugar escribe el resultado de las operaciones en las salidas.

d) Una vez escritas todas las salidas (activando o desactivando las que el resultado de las operaciones así lo requieran) vuelve al paso A.

Este ciclo de Scan se realiza indefinidamente hasta que pasemos el conmutador de la CPU a la posición STOP.

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Figura 1.3 ciclo de scan

CAPACIDADES ENTRADAS Y SALIDAS

Los PLC modulares tienen un limitado número de conexiones para la entrada y la salida. Normalmente, hay disponibles ampliaciones si el modelo base no tiene suficientes puertos E/S.

Los PLC con forma de rack tienen módulos con procesadores y con módulos de E/S separados y opcionales, que pueden llegar a ocupar varios racks. A menudo hay miles de entradas y salidas, tanto analógicas como digitales.

A veces, se usa un puerto serie especial de E/S que se usa para que algunos racks puedan estar colocados a larga distancia del procesador, reduciendo el coste de cables en grandes empresas. Alguno de los PLC´s actuales pueden comunicarse mediante un amplio tipo de comunicaciones incluidas RS-485, coaxial, e incluso Ethernet para el control de las entradas salidas con redes a velocidades de 100 Mbps.

Los PLC´s usados en grandes sistemas de E/S tienen comunicaciones P2P entre los procesadores. Esto permite separar partes de un proceso complejo para tener controles individuales mientras se permita a los subsistemas comunicarse mediante links. Estos links son usados a menudo por dispositivos HMI como keypads o estaciones de trabajo basados en PC.

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El número medio de entradas de un PLC es 3 veces el de salidas, tanto en analógico como en digital. Las entradas “extra” vienen de la necesidad de tener métodos redundantes para controlar apropiadamente los dispositivos, y de necesitar siempre mas controles de entrada para satisfacer la realimentación de los dispositivos conectados.

INTERFAZ DE USUARIO

Los PLC necesitan poder interactuar con la gente para la configuración, las alarmas y el control diario. Para este propósito se emplean los interfaces hombre-maquina HMI.

Un sistema simple puede usar botones y luces para interactuar con el usuario. Las pantallas de texto están disponibles, al igual que las pantallas táctiles. La mayoría de los PLC modernos pueden comunicarse a través de una red con otros sistemas, por ejemplo, con un ordenador con SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) o un navegador web.

COMUNICACIONES

Los PLC llevan integrados al menos un puerto de comunicaciones RS232, y opcionalmente pueden llevar RS485 y ethernet estos como los mas comunes Sin embargo es mas común generar la conversión de Un puerto Serial a Un USB ya que las PC lo demandan . Modbus es el protocolo de comunicaciones de nivel más bajo aunque hay otros protocolos como Profibus. Existen otros protocolos de comunicaciones que pueden ser utilizados como en lo que tienen mas de 10mb.

1.3 HIDRAULICA Y NEUMATICA

Tomando ya forma en el concepto teórico empecemos por introducirnos a estas áreas.

Neumática: es la parte de la mecánica que emplea el aire como energía para efectuar movimiento.

Hidráulica: esta es la parte de la mecánica que emplea un fluido como elemento que transmite energía. Generalmente el fluido es aceite.

Estos dos sistemas de automatización tienen mucho en común y lo trabajaremos así especificando las diferencias. Para que se lleve acabo un proceso con estos sistemas se necesitan de los siguientes elementos. Una fuente de energía, conductores, elementos de mando y actuadores.


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FUENTE DE ENERGÍA

La fuente de energía es suministrada al sistema por los siguientes dos componentes cada uno a su correspondiente.

COMPRESORES. En un sistema neumático es el compresor el elemento que nos proporciona la energía, los compresores generalmente están acompañados de un depósito. El compresor es el elemento mecánico que reduce el volumen ocupado por un gas (aire).

BOMBAS HIDRAULICAS. Para un sistema hidráulico las bombas son las maquias que proporciona la energía al fluido y estas pueden ser:

ACTUADORES

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.

ACTUADORES HDRAULICOS. Los actuadores hidráulicos, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación. Existen tres grandes grupos:

A) cilindro hidráulico

B) motor hidráulico

C) motor hidráulico de oscilación

Cilindro hidráulico. De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. El control de dirección se lleva a cabo mediante un solenoide que se muestra a continuación

En el interior poseen un resorte que cambia su constante elástica con el paso de la corriente. Es decir, si circula corriente por el pistón eléctrico este puede ser extendido fácilmente.

ACTUADORES NEUMÁTICOS. A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=fuerza&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=energ%C3%ADa%20el%C3%A9ctrica&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=control&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=v%C3%A1lvulas&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=grupos&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=funci%C3%B3n&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=fuerza&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=acciones&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=control&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=direcci%C3%B3n&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=muestra&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=aire&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=estructura&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=viscosidad&?intersearch


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En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.

• De efecto simple

• Cilindro Neumático

• Actuador Neumático De efecto Doble

• Con engranaje

• Motor Neumático Con Veleta

• Con pistón

• Con una veleta a la vez

• Multiveleta

• Motor Rotatorio Con pistón

• De ranura Vertical

• De émbolo

• Fuelles, Diafragma y músculo artificial

• Cilindro de Simple Efecto

• Cremallera

Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional y no superan los 360°

Rotativos de Paletas

Son elementos motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan los 90°.

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=aire&?intersearch

http://www.monografias.com/cgi-bin/search.cgi?query=atenci%C3%B3n&?intersearch


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ELEMENTOS DE MANDO

VALVULAS. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito.

1.4 ENERGÍA SOLAR

El Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión, llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

La energía solar puede transformarse por medio de celdas fotovoltaicas o solares, directamente en energía eléctrica. La mayoría de las celdas solares se componen de capas de silicio purificado el cual puede elaborarse a partir de arena, que es abundante y poco costosa. Se agregan trazas de otras sustancias como (arseniuro de galio o sulfuro de cadmio) de modo que el semiconductor resultante emita electrones y produzca una pequeña cantidad de corriente eléctrica cuando los rayos solares inciden en el.

http://www.monografias.com/trabajos12/sol/sol.shtml#sol

http://www.monografias.com/trabajos6/fuso/fuso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml


http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml



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CAPITULO II: DESCRIPCION DEL PROYECTO

La tecnología ha sufrido un incremento ciertamente considerable durante los últimos años y son notables los grandes avances que ha experimentado. Desde la microelectrónica hasta Internet y el uso de las redes de comunicación, el amplio espectro que cubre lo que podríamos denominar nuevas tecnologías ha avanzado a mayor ritmo que cualquier otro sector en nuestra sociedad actual Sin embargo, a pesar de que el desarrollo y avance de esta área ha sido exponencial, no podemos decir que la implantación de los productos generados haya tenido el mismo éxito, pues con toda seguridad la integración tecnológica es la gran asignatura pendiente.

En el ámbito de las empresas, tanto las Nuevas Tecnologías de la Información y la comunicación como la electrónica en sí, han tenido un mayor éxito de implantación a causa de que se han sabido ver las enormes ventajas de los sistemas computacionales y de comunicaciones, con el ahorro de costes y el consecuente incremento del rendimiento empresarial que su empleo supone. Sin embargo en lo que se refiere al ámbito residencial, a la penetración de la tecnología en los hogares, el concepto de lentitud toma su máximo significado, pues la integración de los avances en la mayor parte de las ocasiones es realmente insuficiente y en el peor de los casos brilla por su ausencia.

La automatización del hogar empezó a permear a todos los niveles y dejó de ser un privilegio reservado sólo para personas de nivel socioeconómico alto. Estos procesos hacen más fácil la vida de las personas que habitan dichos hogares y permiten ahorros de energía importantes. A veces, el concepto de casa inteligente se confunde con vivienda para ricos, pero no es así, pues los sistemas de seguridad o para el ahorro de energía están abiertos a todos los estratos de la sociedad mexicana.

La tecnología esta en nuestras manos y con ella podemos hacer que la casa que estamos automatizando sea completamente inteligente, pero algo que tenemos claro es la elevada inversión que se tendrá que realizar para poder alcanzar esta meta, y también tenemos presente que poco a poco esta inversión tendera a disminuir, es por esto que nos enfocamos primero a automatizar la iluminación y la red hidráulica de la casa.

El proyecto consta de instalar un sistema automático el cual controlara el encendido y apagado de luces de toda la casa así como la apertura y cierre de válvulas del baño, además de interconectar con la línea de suministro eléctrico un sistema fotovoltaico que será el que suministrara la corriente eléctrica a la casa.

La casa consta de dos pisos. La planta baja tiene 6 cuartos y un baño, en el segundo piso encontramos 4 recamaras y un baño, en el baño se controla la apertura y cierre de válvulas (Figuras 2.1 y 2.2)


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Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización En la que respecta a la energía eléctrica se controlara el encendido y apagado de

luces en cada uno de los cuartos. Se usaran sensores (figura 2.3) que detectaran presencia y encenderán los focos correspondientes, apagándolos cuando el sensor no detecte ninguna presencia. Se programara un horario para que estos solo funcionen en la noche

Figura 2.3 sensor de presencia

Para la instalación hidráulica los sensores obedecerán a la operación de cerrar y abrir las válvulas de los baños y cocina al detectar o no presencia. También se controla el suministro de agua al tinaco elevado mediante una motobomba que sustrae agua de una cisterna, dicha bomba operara de acuerdo las siguientes condiciones:

Bombeara cuando el tinaco elevado este vacio, pero la cisterna tenga agua suficiente para suministrar. Los niveles de vacio y lleno se verificaran con un sensor de nivel (figura 2.4).

Figura 2.4 sensor de nivel

Todos estos elementos de control estarán gobernados por vlc´s (figura 6) controlados por un BCM (figura 2.5), que al igual que toda la instalación eléctrica recibe la energía de una foto celda solar.

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Figura 2.5 imagen de un VLC

Podemos seguir automatizando, pero algo muy importante que nos detiene es que el costo incrementara y por consecuencia la inversión será muy alta, cosa preocupante ya que nuestra sociedad en la actualidad no podrá solventar dicho gasto, claro, si lo comparamos con los grandes beneficios que nos ofrece la domotica tenemos la seguridad que todos estaríamos dispuestos a instalar el sistema sin duda alguna. Pero lo que estamos proponiendo es instalar solo lo antes mencionado y así dejamos abierta la posibilidad de continuar con la automatización si se cuenta con los recursos necesarios y es del agrado para el cliente, lo que si tenemos claro es que con esta pequeña automatización estaremos ahorrando una enorme cantidad de energía y agua que es por lo que estamos trabajando.

Este proyecto aparentemente puede ser costoso a un principio, pero si lo comparamos con los ahorros que se obtendrán a largo plazo, resultara ser muy eficiente, la tecnología ya es usada, pero desafortunadamente en nuestro país no tiene aun mucho auge, pero de lo que si estamos seguros es que al saber de los beneficios que conlleva esta tendencia, la gente ara un esfuerzo para cambiar a esta propuesta que estamos realizando.

22

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización En la actualidad es mas vista esta tecnología en los edificios donde trabaja mucha

gente y que como sabemos es mas descuidado el aspecto del ahorro de energía por ejemplo el apagar el aire acondicionado o la luz cuando no se requiere entre muchos otros.

Esta tecnología nos permitirá con el tiempo desarrollar nuevos tipos de viviendas y mobiliario interno acordes a nuevas costumbres y épocas; efectuar mediciones y evaluaciones del uso de nuevas tecnologías del ámbito doméstico.

2.1 FUNCIONAMIENTO DEL BCM

Es un protocolo físico desarrollado para aplicaciones BACnet, utiliza el estándar eléctrico RS-485(figura 2.6).

Cable de par trenzado 12 volts referenciado 1, 200m de longitud máxima

Trabaja bajo BACnet/IP que es un protocolo que permite la transferencia de paquetes de datos en una red de alta velocidad (10/100Mbps)

Figura 2.6 tipo de conexión MS/TP

Es un software robusto de administración para sistemas BACNET.

Se comunica a través de redes ETHERNET (LAN/WAN), conexión directa serial y por medio de módem.

Utiliza gráficos en 3D y animaciones para monitoreo y control en tiempo real de las variable de proceso y rutinas de Ahorro de Energía.

Se pueden importar pantallas hechas en AutoCAD y otras herramientas gráficas.

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Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización REDES Y CONECTIVIDAD

BacNet Ethernet, MS/TP, PTP, Anexo J,

BACnet/IP, módem y serial. SEGURIDAD

Máximo de 100 usuarios x sistemas con un solo login. Auto logout después de un tiempo inactiva.

Existen diferentes módulos de control, para nuestro proyecto utilizaremos la configuración básica (figura 2.7).

BCM - ETH - Módulo Ethernet

BCM - PWS - Módulo de Alimentación

Figura 2.7 módulos BCM

24


2.2 ARQUITECTURA Y SU PROTOCOLO

La arquitectura básica para la programación (figura 2.8)

Figura 2.8 Arquitectura del Sistema

El protocolo de bacnet trabaja bajo su plataforma de visio (Microsoft) en la que se pueden encontrar diferentes funciones como las que se muestran a continuación.

Función: 2 entradas y una salida

Descripción: efectúa la función lógica “Y” de 2 entradas de tipo binaria y una salida en consecuencia de tipo binaria(figura 2.9).

Comentarios: el producto puede ser ON únicamente si las entradas son ON y si otras entradas son OFF, las salidas son OFF

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Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización En el DDC del control global NULL en la entrada es aceptable pero en el

DDC del VLC esta no es aceptable y NULL es considerado como OFF.

Figura 2.9 “AND” 2 entradas y una salida

Tabla.11: Función Lógica del proceso

Entrada 1 Entrada 2 Salida

OFF OFF OFF

ON OFF OFF

OFF ON OFF

ON ON ON

Función: 6 entradas y 1 compuerta

Descripción: Descripción: efectúa la función lógica “Y” de 6 entradas de tipo binaria y una salida en consecuencia de tipo binaria(figura 2.10).

Comentarios: Esta función es similar a la función anterior 2 entradas y una compuerta excepto que ahora se tienen seis entradas binarias y son comparadas lógicamente para generar 1 salida binaria. Esta función es usada cuando hay más de 2 entradas y todas las seis entradas deben ser asignadas, si hay menos de seis entradas que no se usan deben de asignar un valor como puede ser (TRUE) pero no puede dejarse en blanco.

26

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización La función de las seis entradas nos da una salida de forma ON u OFF. Si

alguna de las seis entradas esta en OFF la salida se encuentra en OFF solo la salida puede estar en ON únicamente si todas las seis entradas están en ON.

En el DDC del control global NULL en la entrada es aceptable pero en el DDC del VLC esta no es aceptable y NULL es considerado como OFF.

Figura 2.10 “AND” 6 entradas y una salida

Función: Final de una secuencia normal

Descripción: Denota el final de un DDC normal y es aplicable en la hoja de subrutina del DDC(figura 2.11)

Comentarios: Esta función puede ser usada en todos los programas del DDC del control VLC o Global. Únicamente puede ser programada en el programa del DDC del control del VLC o Global.

Figura 2.11 Fin de Secuencia

27


Función: 2 entradas “o” salida

Descripción: Funciona con una comparación de lógica “O” de dos entradas binarias y salida binaria en consecuencia (figura 2.12).

Comentarios: La salida está en ON si las entradas se encuentran en ON. Las salida esta en OFF únicamente si alguna de las entradas esta en OFF

En el control Global del DDC, NULL en la entrada es aceptable; en el DDC del VLC esta no es aceptable NULL se considera como OFF.

Figura 2.12 “OR” 2 entradas y una salida

Tabla 1.2: Función Lógica del proceso

Entrada 1 Entrada 2 Salida

OFF OFF OFF

ON OFF ON

OFF ON ON

ON ON ON

Función: seis entradas “O” 1 salida

Descripción: La función de lógica OR de seis entradas y una salida en consecuencia (figura 2.13)

28

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización Comentarios. Esta función es similar a la anterior (two-unput or gate) excepto

que esta trabaja con seis entradas para generar 1 salida binaria. Esta función es usada cuando hay más de dos entradas, las seis entradas deben estar asignadas pero puede estar una entrada en desuso usando un valor de entrada o evaluando como false pero no se puede quedar en blanco.

La función utiliza las seis entradas para fijar la salida como ON o OFF si las seis entradas se encuentran en ON la salida se encuentra en ON. La salida puede estar en OFF únicamente si alguna de las seis entradas esta en OFF.

En el control global del DDC, NULL en las entradas es aceptable; en el VLC DDC no es válida NULL es considerada como OFF.

Figura 2.13 “OR” 6 entradas y una salida

Función: Retardo al apagado (segundos)

Descripción: retraso al encendido binario del apagado al encendido (figura 2.14)

Comentarios: cuando la entrada va a cambiar de OFF a ON. La función de salida cambiara a ON después del retardo del tiempo especificado (t).

29

Figura 2.14 Retardo de Apagado


30

2.3 SELECCIÓN DE EQUIPO PARA SUMINISTRO ELECTRICO

Así mismo el proyecto comprende implementar equipo que se encuentra a la vanguardia a nivel mundial, pero sobre todo da un enfoque novedoso para utilizar energía renovable y limpia, que en la actualidad se le conoce como energía verde, esta es obtenida directamente de la radiación solar.

La energía solar forzosamente se tiene que convertir a corriente alterna, que es esta ultima la que se utiliza en todos los hogares, por ejemplo, para poder impulsar el motor de la bomba de agua, hacer que nuestro refrigerador trabaje y pueda realizar el ciclo de refrigeración, así como para poder iluminar las habitaciones, pero sobre todo, sin ella no podríamos disfrutar de la tecnología que hoy en día nos ofrecen los aparatos eléctricos, en fin podríamos mencionar una basta cantidad de utilidades que tiene la energía eléctrica pero seria interminable, lo que si podemos decir con certeza es, que sin ella la vida actual no seria posible.

Para poder convertir la energía solar a energía alterna necesitamos de un sistema fotovoltaico, el cual consta principalmente de los siguientes elementos (figura 2.15):

1) arreglos de módulos de celdas solares,

2) estructura y cimientos del arreglo,

3) reguladores de voltaje y otros controles, típicamente un controlador de carga de batería, un inversor de corriente cd/ca o un rectificador ca/cd,

4) baterías de almacenamiento eléctrico y recinto para ellas,

5) instrumentos,

6) cables e interruptores,

7) red eléctrica circundante

8) cercado de seguridad, sin incluir las cargas eléctricas”.

Un sistema fotovoltaico no siempre consta de la totalidad de los elementos arriba mencionados. Puede prescindir de uno o más de éstos, dependiendo del tipo y tamaño de las cargas a alimentar, el tiempo, hora y época de operación y la naturaleza de los recursos energéticos disponibles en el lugar de instalación.


En un sistema típico, el proceso de funcionamiento es el siguiente: la luz solar incide sobre la superficie del arreglo fotovoltaico, donde es trasformada en energía eléctrica de corriente directa por las celdas solares; esta energía es recogida y conducida hasta un controlador de carga, el cual tiene la función de enviar toda o parte de esta energía hasta el banco de baterías, en donde es almacenada, cuidando que no se excedan los límites de sobrecarga y descarga; en algunos diseños, parte de esta energía es enviada directamente a las cargas.

La energía almacenada es utilizada para abastecer las cargas durante la noche o en días de baja insolación, o cuando el arreglo fotovoltaico es incapaz de satisfacer la demanda por sí solo. Si las cargas a alimentar son de corriente directa, esto puede hacerse directamente desde el arreglo fotovoltaico o desde la batería; si, en cambio, las cargas son de corriente alterna, la energía proveniente del arreglo y de las baterías, limitada por el controlador, es enviada a un inversor de corriente, el cual la convierte a corriente alterna.

Figura 2.15 Transformación de Energía Solar a Eléctrica

Una vez que tenemos claro cual es el proceso para transformar la energía solar en energía alterna, el siguiente paso es determinar el equipo que requerimos pero para lograr esto, primero necesitamos saber cual es la carga que tenemos en la casa habitación y es la siguiente:

La instalación cuenta con dos circuitos.

El primero esta constituido por 14 focos incandescentes de 100 watts cada uno además de 20 contactos sencillos de 125 watts cada uno, haciendo un total de 3900 watts en el circuito uno.

Para el circuito número dos tenemos la cantidad de 16 focos incandescentes de 100 watts cada uno además de 20 contactos sencillos de 125 watts cada uno, haciendo un total de 4000 watts instalados en este circuito.

31


32

Por lo tanto la carga neta instalada, es la suma de la carga total del circuito uno mas la del circuito dos, que nos da un total de 7900 watts, pero, sabemos que esta nunca estará siendo utilizada al máximo, así que, el factor de utilización que tiene es de el 60%, por tal motivo la demanda máxima aproximada es de 4740 watts.

Por lo antes mencionado y basándonos en la demanda máxima aproximada usaremos el siguiente equipo para la instalación:


33


34

3.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA

A través del tiempo el hombre ha buscado nuevas alternativas para satisfacer sus necesidades y con el avance de la tecnología a logrado.

En la actualidad vivimos en una sociedad en la que se ha acostumbrado a que los servicios lleguen a la puerta de la casa sin saber cual es el trabajo que se requiere para que esto sea posible y por consecuencia no hemos aprendido a valorar, ocasionando que el servicio de energía eléctrica y el agua se desperdicie en grandes cantidades en la mayoría de las casas, un muy claro ejemplo es cuando se enciende una luz y no se ocupa, cuando se queda abierta una llave del suministro de agua, entre tantas otras. El evitar estas perdidas en una casa también reduce los costos de mantenimiento en las centrales que suministran estos servicios. El hombre se ha acostumbrado tanto a la comodidad, que tareas tan simples le cuesta trabajo realizar.

Por estas obvias razones nos henos dedicado a realizar un enfoque diferente y constructivo para seguir brindando comodidad al ser humano y colaborando con el ahorro de energía. Y así mismo tenemos la satisfacción de brindar una alternativa para contribuir con el estilo de vida apoyándonos y ayudando a generar nuevas fuentes de energía en conjunto con el avance tecnológico.

La propuesta que tenemos se basa en una automatización, es decir, lograr por medio de un circuito de control y con la ayuda de un PLC, corregir los descuidos del ser humano volviendo inteligente la apertura y cierre de válvulas en la red hidráulica así como encendido y apagado de luminarias. Toda esta automatización esta complementada con un suministro de energía solar que es proporcionada por un panel fotovoltaico y transformada a corriente alterna por un inversor. La ambición de este proyecto es aprovechar la energía natural que nos ofrece el sol. Con esto estamos generando energía renovable que no contamina al medio ambiente. Y lo que es mas importante un ahorro económico a largo plazo


3.2 CALCULOS HIDRAULICOS

CRITERIO PARA LA DOTACIÓN DE AGUA

De acuerdo al sistema que usaremos para el bombeo de agua utilizaremos una cisterna en la planta baja que será capaz de almacenar agua suficiente para que el tinaco sea alimentado, por medio una bomba será la capaz de elevar el agua de la cisterna al tinaco que será controlada automáticamente de acuerdo al nivel de agua que se necesite por medio un sistema automatizado. A continuación se muestra el sistema de bombeo esquemático a estudio (figura 3.1).

CISTERNA

BOMBAB

TINACO

SN-04

SN-03

SN-01

SN-02

Figura 3.1 Sistema de Bombeo

A continuación se demostrara el cálculo necesario para la selección adecuada tanto del gasto de consumo necesario, tamaño de la cisterna, tamaño del tinaco y capacidad de la motobomba.

Consumo diario probable (dotación de agua).

Las dotaciones de agua que se deben considerar son las mostradas en el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, capítulo III "Recursos", transitorios, inciso C.

35

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización Tabla 2 Dotaciones según diferentes tipos de edificios.

Tipo de Inmueble Dotación Habitación tipo popular 150 lts/persona/día

Residencias 250-500 lts/persona/día Oficinas (edificios) 70 lts/empleado/día (1) Hoteles cinco estrellas 500 lts/huesped/día (2)

Cines 2 lts/espectador/función Fábricas (sin industria) 30 lts/obrero/turno (3)

Baños públicos 300 lts/bañista/día Centros deportivos 500 lts/bañista/día (4) Restaurantes 10 lts/comida/día

Consumo por persona en un día:

150 lts/persona/día

Consumo = 2 personas por recamara + 1 persona

Para este caso se tienen 4 recamaras con el consumo de de dos personas más 1 persona nos da:

(4recamarasx2personas)+1persona=9personas

Tinacos

Los tinacos deben ser de material impermeables e inocuos, tener registro con cierre hermético y sanitario, colocarse a una altura de por lo menos la presión de carga del mueble más alto, más las pérdidas por fricción de la tubería.

La capacidad del tinaco está en función de de las personas que habitan y el consumo por día por lo que nos queda la capacidad de:

9personasx150lts=1350lts

CRITERIO PARA LA CISTERNA

Cisternas

a. Cisterna de agua potable.- Se deben considerar los siguientes factores:

36


37

• Si la fuente de abastecimiento de agua potable tiene una presión inferior a diez metros de columna de agua, las edificaciones deben contar con cisternas, calculadas para almacenar dos veces la demanda mínima diaria de agua potable, más un volumen para protección contra incendio de un 30% o igual a 5 litros por metro cuadrado de área construida, pero no inferior a 20,000 litros. Equipada con sistema de bombeo.

• Si la fuente de abastecimiento es completamente confiable en cuanto a su capacidad de abastecimiento y horas de servicio, la capacidad útil de la cisterna debe ser igual a la del consumo de un día, más un volumen para protección contra incendio igual a 5 litros por metro cuadrado de área construida, pero no inferior a 20000 litros. Equipada con sistema de bombeo.

b. Cisterna de agua cruda.- Depósito que almacena el agua sin requerir ningún

proceso de potabilización. c. Cisterna de agua tratada.-Depósito que almacena el agua que necesita un

proceso de potabilización para el consumo humano ó de recuperación. La selección del método y del equipo adecuado para proporcionar el acondicionamiento requerido en cada caso, será determinado por las necesidades del usuario.

d. Localización.-Deben ubicarse lo más cerca al equipo de bombeo, pero evitando, en todo caso, el contacto con las aguas freáticas y cercanía con cualquier otra fuente de contaminación, como fosas sépticas y albañales. Si la cisterna está enterrada o semienterrada, se debe mantener una distancia no menor a 3 metros entre los albañales y la cisterna. La cisterna podrá estar enterrada o semienterrada o superficial, dependiendo del tipo de suministro de agua en la red pública de distribución.

e. Diseño.-Conocido el consumo diario y de acuerdo al tipo de unidad y volumen a almacenar, se desarrolla el diseño; en caso de requerirse sistema de protección contra incendio, se debe agregar una reserva exclusiva para este servicio. El diseño debe ser desarrollado, considerando los siguientes factores:

f. Profundidad total.- Debe tomarse en cuente el tirante útil, más un tirante inferior que no se bombea, más un espacio para alojar la válvula de flotador (colchón de aire), no deben ser muy profundas. Debe considerarse un colchón de aire de 0.40 m., así como un cárcamo de succión para el máximo aprovechamiento de la capacidad de la cisterna.

• El piso de la cisterna debe tener una pendiente del 1% contraria a la succión para evitar acumulación de arenas en el cárcamo.

• Las cisternas deben ser completamente impermeables, contar con registro de cierre hermético, sanitario y contar con un recolector de sedimentos.

• Debe evitarse que la succión del equipo de bombeo y la descarga de la línea de llenado de la cisterna estén en un mismo lado, para eliminar posibles turbulencias en el equipo de bombeo y recircular el agua interna de la cisterna.


38

g. Ventilación.- Para permitir la entrada del aire exterior y la salida del vapor y gases desprendidos del agua se deben proyectar tubos de ventilación (un diseño adecuado). Como ventilador se colocará un tubo con diámetro de100mm. Por cada 200 m2 ó fracción de área, protegido para evitar la entrada de insectos, roedores y basura. En el caso de existir trabes o celdas internas en la cisterna, se deben dejar, en ellas, “pasos de aire” de 76 mm de diámetro y contiguos a la losa superior (en la parte superior del colchón de aire) para evitar poner una ventilación por cada celda.

h. Acceso para inspección y limpieza.- En el lugar más cercano a la válvula de flotador, a las tuberías de succión y de los electrodos para los controles de los niveles alto y bajo, deben proyectarse registros de acceso y una escalera marina adosada al muro.

Dotación de reserva = dotación diariax2=VR

1350ltsx2=27500lts

Por la protección contra incendio

VR = 27500+30% = 3510lts

Su equivalencia es de 3.5m3

Las dimensiones que se deben tomar en consideración son de:

Base:

Largo (b) =2m

Ancho (a) = 1m

Altura (h) =1.8m

GASTOS DE DISEÑO.

Para determinar el gasto, se debe emplear el método de probabilidades desarrollado por el Dr. Roy B. Hunter (método que se ha modificado de acuerdo con ell uso y frecuencia de los muebles).

El procedimiento de este método, consiste en sumar las unidades mueble de cada uno de los tramos de tubería de la instalación. La “unidad mueble” supone un consumo de 25 lts/min.

Para la utilización y selección de los valores de unidades mueble se recomienda emplear la tabla Nº 2.2, elaborada por el Instituto Mexicano del Seguro Social. Cuando la red es para muebles con fluxómetro, al sumar las unidades se debe considerar 10 UM al inodoro del último tramo, independientemente al valor asignado en la Tabla 2.2..Para el resto de los inodoros se asignará las UM de la Tabla 2.2.


39

El gasto en cada tramo de la tubería, se determina convirtiendo las unidades mueble ó suma de estas, en litros por segundo, empleando la Tabla 2.3, donde se muestra el número de unidades mueble y el gasto probable en litros por segundo, para muebles sanitarios sin fluxómetro y con fluxómetro.

Método de Hunter Gasto máximo probable

Tabla 2.2. Equivalencia de los muebles en unidades mueble.

Mueble Servicio Control U.m Inodoro Privado Valvula 6 Inodoro Privado Tanque 3 Fregadero Privado Llave 2

Grupo baño Privado Inodoro valvula 8

Grupo baño Privado Inodoro tanque 6

Lavabo Privado Llave 1 Lavadero Privado Llave 3 Regadera Privado Mezcladora 2

Tabla No. 2.3 Gastos probables en litros por segundo.

U Mueble Gasto Probable U

Mueble Gasto Probable

Tanque Válvula Tanque Válvula

10 0.67 1.77 520 8.08 9.02 20 0.89 2.21 540 8.32 9.2 30 1.26 2.59 560 8.55 9.37 40 1.52 2.9 580 8.79 9.55 50 1.8 3.22 600 9.02 9.72

De acuerdo al método hunter en nuestra instalación contamos con

Lavabo Privado Llave 1 Lavadero Privado Llave 3 Regadera Privado Mezcladora 2

Grupo baño Privado Inodoro valvula 8

Fregadero Privado Llave 2

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización 2 inodoros = 8+10(ultimo inodoro x norma)=18 UM 1 Fregadero = 2 UM 1 Lavadero = 3 UM 2 Regaderas = 4 UM Total= 27 UM En base a las 27 UM (unidades Mueble) obtenemos la cantidad en lts/seg que se

requieren para el consumo de esta casa y según la tabla 2.3 Gastos probables en litros por segundo pero el valor mas próximo es de 30UM que equivalen a 1.26lts/s U Mueble Gasto Probable

Tanque Válvula

30 1.26 2.59

Velocidades de diseño

Para el cálculo de diámetros de las tuberías, es factor primordial la velocidad del flujo, y los valores recomendados para no tener ruido ni demasiadas pérdidas, además de evitar daños en los accesorios como válvulas; son de: 0.7 a 3 m/seg. ; en ramales principales se recomienda una velocidad máxima de flujo de 2.5 m/seg. y para ramales secundarios se toma en cuenta el diámetro nominal como a continuación se detalla:

smsltscaudal /1026.1/26.1 ×== 33−

Para obtener el diámetro a la succión debemos considerar una velocidad de 2.5 m/s

smv

malnopud

pumAd

mVQA

e

/5.2)0254.0(

4

1026.1

0254.0)minlg(1

.lg99.0025.04

10504.05.21026.1

3

23

=×

=

3

∴==

===

×===

−

−

π

π

× −

Ya obtenidos los valores anteriores calculamos las pérdidas a la succión de la siguiente manera:

Para agua a 25°C ν = 8.91x10-7m2/s(Apéndice A- Mott)

40


47 1012.7

1091.8)0254.0)(/5.2(Re

Re;2

)(

×=×

=

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

−

msm

vdg

vdLh pfs ν

λ2

Por lo tanto es un flujo turbulento y el valor de ε =1.5x10-6 para una tubería de cobre (tabla 9.1 Mott)

33.16933105.1

0254.06 == −x

dε

Con tubo de cobre, determinamos el coeficiente de fricción del diagrama de Moddie

019.0=

mh pfs 381.0)81.9)(2)(0254.0(

)5.2)(6.1)(019.0()(2

==

λ

Ahora calculando las pérdidas secundarias:

Para la obtención de pérdida de carga en las conexiones, se debe utilizar el método de longitud equivalente, que se basa en la siguiente expresión:

h= K V2/ 2g

Donde: h = Pérdida de carga por fricción en metros por columna de agua K = Factor sin dimensiones que depende del material y modelo de Ia conexión ó válvula. V = Velocidad del flujo en metros/segundo

g = aceleración de la gravedad ( 9.81 rn/sec2)

41

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización Tabla No. 2.5 Valores de K

F K

10 13mm

20 25mm

K

32 40mm

K

50mm o más

K

Codo de 90° 2.0 1.5 1.0 1.0 Codo de 45° 1.5 1.0 0.5 0.5 Codo de Tde paso 1.0 1.0 1.0 1.5 Codo Tramal 1.5 1.5 1.5 1.5 Reducción 0.5 0.5 0.5 0.5 Yde paso 1.0 1.0 1.0 1.0 Válvula de compuerta 1.0 0.5 0.3 0.3

Válvula de globo 16.0 12.0 9.0 7.0 Medidor de agua 20.0 16.0 13.0 12 Llave banqueta o inserción 4.0 2.0 1.5 1.5

Flotador 7.0 4.0 3.0 3.5 Válvula retención-check 16.0 12.0 9.0 7.0

Columpio 8.0 6.0 4.5 3.5 Vertical 8.0 6.0 4.5 3.5

1 codo de 90° con:

k = 1.5 para diámetro de 1 pulgada(20 a 25mm)

1 válvulas check

k = 12

mg

vkh sfs 297.4)81.9)(2(

5.2)5.112(2

)(22

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+==

Para el diámetro de la tubería a la descarga debemos considerar una velocidad de 5 m/s.

42


smv

mpud

pumAd

mvQA

s

/44.4)019.0(

4

1026.1019.0lg75.0

.lg705.00179.0

4

1052.25

1026.1

2

3

243

=×

=

==

===

×=×

==

−

−−

π

π

Las pérdidas a la fricción a la descarga:

66.12666105.1

019.0

1044.91094.8

)019.0)(44.4(Re

Re

2)(

6

47

2

==

×=×

=

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−

−

xd

vdgd

Lvh pfd

ε

ν

λ

Para la tubería de cobre tenemos un coeficiente de fricción de:

mh pfd 54.15)81.9)(2)(019.0(

)44.4)(33.16)(018.0()(

018.02

==

=λ

Pérdidas secundarias, se calcularán las pérdidas que se generan debido a los accesorios

gv

kh dsfd 2

)(2

=

Calculando las pérdidas:

8 codos de 90° con:

k = 1.5 para diámetro de 0.75 pulgada(20 a 25mm)

1 válvula de compuerta

43

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización k = 0.5

mh sfd 559.12)81.9)(2(

)44.4()5.0)5.1(8()(2

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

Ahora calculamos la carga dinámica total la cual nos ayudara a seleccionar la bomba y su potencia.

782.33006.154.15381.0559.12297.4

006.1)81.9)(2(

)44.4(2

22

=++++=

===

++++=

CDTCDT

mg

vh

hhhhhCDT

v

vfdfsds

Calculando la potencia del motor:

HPPOTKwPOTwattsPOTCDTQPOT

559.0417.0

56.417)782.33)(1026.1)(9810()( 3

===

×=⋅⋅= −γ

44


3.3 DIAGRAMA POTENCIA

45

M

L1

L2

PT100

IM102

IC103

C101

L3

Diagrama de potenciaIC: interruptor de cuchillas

IM: interruptor magnetico

C: contactor PT: protertor termico

sist. europeo


46

3.4 CONFIGURACIÓN VLC

VLC SECUENCIA 3301:BI‐1 SP‐01 3301:BI‐2 SP‐02 3301:BI‐3 SP‐03 3301:BI‐4 SP‐04 3301:BI‐5 SP‐05 3302:BI‐1 SP‐06 3302:BI‐2 SP‐07 3302:BI‐3 SP‐08 3302:BI‐4 SP‐09 3302:BI‐5 SP‐10 3303:BI‐1 SP‐11 3303:BI‐2 SP‐12 3303:BI‐3 SP‐13 3303:BI‐4 SN‐1 3303:BI‐5 SN‐2 3301:BI‐0 SN‐3 3302:BI‐0 SN‐4 3301:BO‐0 R‐02

3301:BO‐1 R‐09 3301:BO‐2 R‐06 3301:BO‐3 R‐07 3301:BO‐4 R‐05 3301:BO‐5 R‐08 3302:BO‐0 R‐10 3302:BO‐1 R‐11 3302:BO‐2 R‐12 3302:BO‐3 R‐16 3302:BO‐4 R‐15 3302:BO‐5 R‐13 3303:BO‐0 R‐14 3303:BO‐1 R‐04 3303:BO‐2 R‐03 3303:BO‐3 R‐17 3303:BO‐4 A/P BOMBA BV‐30 Horario 1 BV‐31 Horario 2

Nota: BV-30 Se refiere ala horario del interior para el encendido y apagado de las luces

por dentro, que corresponde de 8pm a 6:30am. BV-31 Se refiere ala horario del exterior para el encendido y apagado de las luces

del jardín y áreas externas de la casa, que corresponde de 8pm a 0:30am. SP Esta terminación se refiere a los sensores de presencia (Anexo A) R Esta terminación se refiere a los relevadores del encendido y apagado de luces

(Anexo A) A continuación se muestra la posición de los sensores y relevadores en la casa así

como la tubería con cableado necesario (Figuras 3.2, 3.3 y 3.4).


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3.5 PROGRAMACIÓN


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3.6 DIAGRAMAS DE CONTROL

Diagrama de ControlCL: Clema PL: Clema VLC

SN: Sensor de Nivel

SP: Sensor de Presencia

R: Relevador


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NO. 2

CL: Clema PL: Clema VLC

SN: Sensor de Nivel

SP: Sensor de Presencia

R: Relevador

Diagrama de Control


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4.1 COSTO DEL PROYECTO

Tabla. Clasificación. Costo total.

Cotización 1. Diseño de Ingeniería. 5000

Tabla 1. Estimación de Material. 18636

Tabla 2. Estimación de Equipo. 24250

Tabla 3. Estimación de mano de obra 14400

Tabla 4. Software Operador 46000

TOTAL M.N. 108286

4.2 SOFTWARE

Envision for BACtalk 15000 3 40000

Visual Logic 2500 5 2500

KEY HARDWARE 1500 3 1500

INSTALACION DE SOFTWARE 2000 3 2000

TOTAL. M.N. 46000

4.3 MANO DE OBRA

Clasificación. No.

personasTot Semanas Sueldo

Semanal Costo.

Ingeniero/Programador. 1 1 5000 5000

Maestro/Contratista 1 1 2200 2200

Ayudante 4 1 1800 7200

TOTAL. M.N. 14400


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4.4 EQUIPO

Concepto. Cant. Unidad Marca Costo por

Unidad Costo.

Controlador Lógico Programable VLC 3 Pieza Alerton 1500 4500

BCM Global 1 Pieza Alerton 13500 13500

Sensor de presencia 13 Pieza Bticino 180 2340

Relevadores 17 Pieza Veris 150 2550

Transformador 3 Pieza Veris 200 600

Sensor de Nivel 4 Pieza Libre 190 760

TOTAL. M.N. 24250


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4.5 MATERIAL

Concepto. Cant. Unidad Marca Costo por

Unidad Costo.

Cable #12. 4 Bobina Condulac 450 1800

Cable #14 3 Bobina Condulac 399 1197

Cable 3*18 3 Bobina BELDEN 1200 3600

Cable de Comunicación ARSA Cal. 3*18 con Blindaje 15 m ARSA 20 300

Cable 2*18 3 Bobina BELDEN 1200 3600

Gabinete NEMA 30X30. 2 Pz. 550 1100

Tubería PD. Galvanizada 3/4'' 6 Atado CATUSA 400 2400

Tubería PG. Galvanizada 3/4'' 2 Atado CATUSA 500 1000

Tubería PD. Galvanizada 1'' 1 Atado CATUSA 60 60

Condulets tipo L 3/4''. 10 Pz SD 45 450

Condulets Tipo LB tipos. 6 PZ SD 80 480

Condulets Tipo RL tipos. 8 PZ SD 80 640

Tornillería.. 10 lote SD 35 350

Cinta Aislante. 4 pieza 3M 66 264

Caja Cuadrada 15 pieza generica 10 150

Chalupas 15 pieza generica 5 75

Licuatite 12 m CATUSA 15 180

Tuberia Flexible 20 m CATUSA 16 320

Contactos 4 pieza Cutler

Hammer 10 40

Tapas 15 pieza generica 2 30

conectores 3/4" PD 50 lote generica 6 300

conectores 3/4" PD 50 lote generica 6 300

TOTAL. M.N. 18636


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4.6 AMORTIZACIÓN Y MANTENIMIENTO

AMORTIZACIÓN

Para este proyecto tenemos que el costo de la instalación es de $88,286 siendo que el pago por suministro de energía eléctrica si no contáramos con el sistema fotovoltaico este seria de $800 mensualmente es decir que el pago por este servicio seria de $9600 anualmente, mientras que el ahorro de agua seria del 40% por lo tanto económicamente el pago por este servicio seria de $400 aproximadamente cada bimestre por lo que tendremos un ahorro de $160 y anualmente este será de $960

Con estos valores tenemos un ahorro total de $10560 anualmente, por lo tanto tenemos que la instalación se amortizara en 8 años con cuatro meses y tenemos una vida útil de toda la instalación por 30 años.

MANTENIMIENTO

El mantenimiento a nuestra instalación se tendrá que realizar a los cinco años, el cual consiste en hacer una inspección a los relevadores y sensores que se implementaron, si estos aun se encuentran en buen estado solo se le ara un servicio de limpieza mientras que todo sensor y relevador que se encuentre dañado este se tendrá que remplazar.

Por lo que respecta a las celdas solares se tendrán que hacer una inspección constante para librarlas de todo objeto que a estas perturben su funcionamiento, este proceso de inspección lo podrá hacer el usuario sin necesidad de contar con soporte técnico a menos que sea necesario.

El sistema hidráulico se tendrá que inspeccionar junto con los sensores y relevadores a los cinco años de la instalación por lo que si un accesorio se deteriora este se remplazara y de no ser así solo requerirá de limpieza.

El sistema de control no se le ara ninguna modificación por lo que si este llegara a fallar se remplazara, el programa esta diseñado para que ninguna persona ajena puede ingresar a el, es decir, se requiere de un pasword y de la asesoría de un técnico calificado.

Control de la Energía Eléctrica e Hidráulica en el Hogar Mediante la Automatización ANEXO A.

Sensor de Placa

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Sensor de nivel

Especificaciones Ref. FLOODSW1 tipo: normalmente abierto actuación: estado abierto: de 6.0 a 13.7mm estado conductor: de 4.0 a 9.0mm corriente de conmutación: 1.0A DC máx. potencia de conmutación: 10VA máx. resistencia de contacto: 150m ohm máx. material del contacto: rodio tiempo de operación / liberación: 0.6ms/0.1ms máx. tensión máx.: 100Vdc tensión de ruptura: 250Vdc temperatura de trabajo: de 0 a +70°C materiales: poliamida, espuma polipropileno y goma longitud del cable: 70mm

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Relevador

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CONCLUSIÓN

Llevar acabo un proyecto de esta magnitud resulta costoso cuando el consumo es mínimo y es mas factible en hogares donde requieren de un consumo mayor ya que este se amortizara en un periodo mas corto y que además puede abarcar una gran gama de controles como de circuito cerrado de televisión, aire acondicionado, accesos, apertura y cierre de persianas y el costo beneficio del equipo de controles es mas redituable.

El haber hecho este proyecto nos deja la satisfacción de que estamos proponiendo algo que en la actualidad no es muy común pero sobre todo queremos aportar algo para concientizar y cuidar el medio ambiente que hoy por hoy esta muy descuidado

Utilizar energías renovables y racionar el agua con el equipo que implementamos tenemos la seguridad que estamos consiguiendo un ahorro considerable de agua y monetario, la energía eléctrica no la ahorramos puesto que la estamos utilizando, lo que si es que utilizamos la misma que generamos y con esto estamos economizando.


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BIBLIOGRAFÍA

• Manual de Alerton

• Apuntes del Seminario de Titulación: Automatización Industrial y sus Tecnologías

• Introducción a la Ingeniería de Control Automático Autor Ing. Rodríguez Ávila Jesús Ed. Mc Graw Hill 374 p.

• www.conae.gob.mx

• www.bticino.com.mx/Catalogo_electronico

• www.sloan.com.mx

• www.alerton.com

http://www.conae.gob.mx/

http://www.bticino.com.mx/Catalogo_electronico

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http://www.alerton.com/

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