DISEÑO DE NUEVOS INTERRUPTORES INTEGRADOS EN RECUBRIMIENTOS

CERÁMICOS.

Juan J. Ramón(l), F. Javier Mira"), Gonzalo Silva"), Alfredo QuijanoO), Pedro M. Mayorga").

(''Centro de innovación y tecnología en diseño industrial cerárnico, ALICER, (2)Instituto de Tecnología Cerámica, ITC, (3)Instituto de Tecnología Eléctrica, ITE

La forma de energía que pone en funcionamiento el equipamiento tecnológico de un edificio es la electricidad. Hoy en día, la mayoría de aparatos, dispositivos y redes, en edificios de viviendas e industriales, funcionan casi sin excepción, mediante corriente eléctrica, aunque únicamente sea para su control.

Las condiciones para un buen aprovechamiento de la energía, residen en las técnicas de instalación de redes y dispositivos eléctricos, que entre otras cosas, deberán satisfacer las crecientes demandas de seguridad, rentabilidad y comodidad de uso.

El objetivo de esta ponencia es presentar los resultados de un proyecto de investigación, referido al diseño de nuevos interruptores integrados de fibra óptica en recubrimientos cerámicos, que busca fundamentalmente mejorar los tres aspectos anteriormente mencionados con respecto a los interruptores tradicionales. Los nuevos interruptores integrados ganan en seguridad, por estar detrás de una baldosa cerámica, y ganan en rentabilidad y en confort por la mejora en el uso y mantenimiento del mismo.

Este proyecto requiere de un desarrollo de carácter multidisciplinar, al conjugar valores muy dispares entre si; los requisitos técnicos y funcionales correspondientes a los dispositivos eléctricos-electrónicos, las complejidades del diseño, la fabricación y el mecanizado de las piezas cerámicas y la puesta en obra del conjunto funcional. Por este motivo el proyecto ha sido desarrollado por un equipo compuesto por tres Institutos tecnológicos y tres empresas de diferentes campos:

Instituto de Tecnología Eléctrica, ITE

Instituto de Tecnología Cerámica, ITC

Asociación para la promoción del diseño cerárnico, ALICER.

HIDROTALL: Empresa dedicada a la mecanización de piezas cerámicas

EXAGRES: Empresa productora de piezas cerámicas conformadas por extrusión

MECEL: Empresa dedicada a la instalación y montaje de cuadros eléctricos !i' I,

2. OBJE 4 IVOS QUE SE PRETENDEN ALCANZAR.

Bajo esta perspectiva, se presenta el proyecto que nos ocupa, cuyo objetivo es el diseño de las características funcionales, estéticas y de seguridad de los interruptores integrados en recubrimientos cerámicos. La intención para desarrollar este tipo de interruptores es doble, por una parte crear interruptores en los que la corriente eléctrica no esté en contacto con el usuario, aumentando de esta forma la seguridad, y por otra parte mejorar las cualidades estéticas de los paramentos cerámicos, evitando interrupciones y artilugios en su superficie.

Se ha de buscar el diseño de un producto estética y funcionalmente innovador en la construcción, respetando al mismo tiempo los requisitos técnicos desde el punto de vista de la seguridad eléctrica, sin olvidarnos de los requisitos tecnológicos del material cerárnico.

Para resolver bien el problema es fundamental una completa compatibilidad entre los elementos constructivos que se utilizan habitualmente y el diseño del nuevo

interruptor, así com ligado a una forma colocación que esta

io entre los materiales y el proceso productivo. El interruptor irá de puesta en obra lo mas sencilla y parecida posible al tipo de realizándose actualmente, para así garantizar la compatibilidad.

La aplicabilidad del producto final va dirigida fundamentalmente, aunque no exclusivamente ya que el abanico de aplicación puede ser muy amplio, a las instalaciones domóticas, donde imperan los criterios estéticos y funcionales y entornos especiales como zonas húmedas, locales sanitarios, zonas de alto riesgo de incendio y ambientes contaminados donde imperan los criterios de seguridad, protección y mantenimiento.

En el proceso de desarrollo del proyecto, los nuevos diseños planteados deben dar solución a los diferentes problemas planteados en cuanto a:

Diseño, relacionados con el registro (sustitución) de piezas y su colocación, por posibles conflictos entre los requisitos eléctricos y el sistema de fijación de la pieza cerámica.

Eléctricos, relacionados con los requisitos técnicos y de seguridad eléctrica de utilización.

Cerámicos, relacionados con el proceso de fabricación y mecanizado del material.

3. PREMISAS INICIALES PARA EL DESARROLLO DE LOS INTERRUPTORES INTEGRADOS.

En primer lugar, resulta imprescindible conocer las condiciones iniciales en las que se realizan los trabajos de instalación de las redes y elementos eléctricos y las garantías a las que debe responder el nuevo producto.

3.1. ANTECEDENTES. PUESTA EN OBRA.

En la puesta en obra tradicional de una instalación eléctrica y alicatado posterior, podemos individuar tres fases; organización constructiva de la instalación eléctrica, colocación del recubrimiento cerámico y rejuntado, las cuales pasamos a describir.

3.1.1. Organización constructiva de la instalación eléctrica.

A grandes rasgos, la instalación eléctrica en un edificio de viviendas se organiza de la siguiente manera. Los trabajos para la instalación eléctrica en una vivienda se inician cuando los trabaios estructurales han finalizado v se comienza con la

I J

compartimentación de las viviendas. Una vez realizada la tabiquería interior se procede al marcado de la instalación eléctrica por el electricista según las necesidades y usos de cada vivienda.

En este momento se determina la situación de los mecanismos de encendido, tomas de corriente, tomas de audiovisuales y telefonía, puntos de luz y cajas de registro, así como el recorrido a realizar por los tubos que contendrán el cableado, evitando ángulos agudos que impidan el paso de los mismos.

Una vez realizado el marcado de la instalación eléctrica se realizan las rozas que alojaran los tubos corrugados, las cajas de las tomas y mecanismos, cuadro general de

protección (CGP), caja de instalación audiovisual, etc., y seguidamente se procede al montaje y fijación, mediante pasta de yeso, de los diversos elementos anteriormente mencionados.

En esta fase las cajas se deberán nivelar y colocar en su posición definitiva, para proceder al enlucido de yeso en todos los paramentos interiores y el alicatado en las zonas húmedas, se procede al cableado de la instalación eléctrica, que diferenciará un mínimo de 4 circuitos, dependiendo de la normativa vigente.

Ya en este punto el proceso de colocación se verá afectado por las variaciones que impone el nuevo sistema. Si pretendemos que el interruptor esté unido a la baldosa cerámica, la caja de registro ligada al interruptor se tendrá que fijar teniendo en cuenta el replanteo del alicatado cerámico, operación que requiere de gran precisión y que depende de muchos factores, o dejando la fijación definitiva de la caja justo en el momento del alicatado.

3.1.2. Colocación del recubrimiento cerámico.

La colocación de las baldosas cerámicas se puede realizar, utilizando los denominados sistema de capa gruesa o sistema de capa fina. Debido a la generalización del sistema de capa fina en el sector de la construcción ,actualmente hemos resuelto el nuevo sistema de interruptores integrados para el sistema de colocación en capa fina. Este sistema utiliza un adhesivo cementoso para la fijación al paramento de las baldosas cerámicas, de forma duradera y muy resistente.

En el proceso de alicatado se recomienda el doble encolado, que consiste en extender sobre la superficie de colocación el adhesivo mediante un peinado con una llana dentada, y en un segundo paso el adhesivo se extiende por el revés de la baldosa con la paleta o paletín, o el lado recto de la llana dentada. El espesor final del adhesivo no debe exceder el espesor máximo recomendado.

Las baldosas deben fijarse dejando unas juntas entre ellas, encontrándose las dimensiones, normalmente, en el intervalo de 1,5 a 15mm. Las juntas de colocación cumplen unas funciones técnicas, evitando con su presencia que las diversas solicitaciones del sistema multi-capa puedan transmitirse a las baldosas cerámicas.

Los nuevos interruptores integrados no deben suponer una interrupción en el proceso natural de alicatado, porque la colocación de la pieza funcional seguirá el ritmo de fijación de las piezas normales.

3.2. ESTABLECIMIENTO REQUISITOS TÉCNICOS.

Pretender crear apliques eléctricos incorporados a piezas cerámicas por su cara posterior implica resolver ciertos problemas constructivos y eléctricos, algunos ya enunciados anteriormente, que se plantean tanto en su construcción como en el mantenimiento de la instalación eléctrica.

Uno de los requisitos de diseño más importantes, desde el punto de vista eléctrico, a la hora de abordar el diseño del interruptor integrado desarrollado en este proyecto es el de garantizar la seguridad de los usuarios. La norma que rige en primera instancia una instalación eléctrica, garantizando la seguridad de la misma, es el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

El reglamento de la Baja Tensión, actualmente en vigor, fue aprobado en consejo de ministros y quedó reflejado en el Decreto 24131 1973 de 20 de septiembre, y publicado en el "BOE" no 242, de fecha 9 de octubre de 1973, y la adición de un párrafo al articulo 2, dado el 9 de octubre de 1985 por el Real Decreto 229511985. Esta norma que rige en España las instalaciones eléctricas en viviendas, establece las condiciones generales que debe cumplir una instalación para dotarla de un nivel aceptable de seguridad.

Los interruptores integrados cumplen con la normativa en lo referente a los circuitos eléctricos, mientras que el circuito de fibra óptica podrá exceder sus limitaciones.

Destacamos la parte de la norma que marca las prohibiciones en la localización de apliques en zonas húmedas, ya que pretendemos salvar estas barreras con nuestro producto debido a las características que ofrece.

3.2.1. Prohibiciones en instalaciones en cuartos de baño o aseos.

Para las instalaciones en cuartos de baño o aseo, se tendrán en cuenta los siguientes volúmenes y prescripciones para cada uno de ellos:

Volumen de prohibición.

Es el volumen limitado por planos verticales tangentes a los bordes exteriores de la bañera, baño-aseo o ducha, y los horizontales constituidos por el suelo y por un plano situado a 2,25 metros por encima del fondo de aquellos o por encima del suelo, en el caso de que estos aparatos estuviesen empotrados en el mismo.

Volumen de protección.

Es el comprendido entre los mismos planos horizontales señalados para el volumen de prohibición y otros verticales situados a 1,00 metros de los del citado volumen.

En el volumen de prohibición no se instalarán interruptores, tomas de corriente ni aparatos de iluminación. Se admiten por encima de este volumen, contactores de mando de sonería accionados por un cordón o cadena de material aislante no higroscópico.

En el volumen de protección no se instalarán interruptores, pero podrán instalarse tomas de corriente de seguridad. Podrán instalarse aparatos de alumbrado de instalación fija, preferentemente de Clase 11 de aislamiento, o en su defecto, no presentarán ninguna parte metálica accesible y en los portalámparas no se podrán establecer contactos fortuitos con partes activas al poner o quitar las lámparas. En estos aparatos de alumbrado no se podrán disponer interruptores ni tomas de corriente, a menos que estas últimas sean de seguridad.

Con el nuevo interruptor de fibra óptica será posible acceder con toda comodidad a estas zonas, ya que en última instancia funciona únicamente con luz.

3.3. MATERIAL CERAMICO.

3.3.1. Características del material cerámico.

El formato previsto para el dispositivo será una baldosa destinada al revestimiento de paramentos verticales. Para identificar el material cerámico más

P.GII - 141

adecuado para soportar una instalación de este tipo, precisamos del conocimiento de las características técnicas de los posibles materiales.

Las normas que definen estos productos los clasifican en función del proceso utilizado para su moldeo y de la absorción de agua (medida indirecta de la porosidad del material). Asimismo, el acabado superficial (esmaltado o no esmaltado) da ulteriores criterios de clasificación y modifica sensiblemente el comportamiento del producto.

Con relación al proceso de moldeo, se han considerado los tres tipos de conformado principalmente utilizados en el ámbito industrial: prensado en seco, extrusión y colado. Cada uno de ellos confiere unas características específicas al producto, pero al mismo tiempo limita las posibles composiciones del material debido a los requisitos del proceso productivo. Sin embargo, las características relacionadas con los requisitos eléctricos, funcionales y de seguridad no se ven sensiblemente afectadas por el proceso de conformado, sino principalmente por la porosidad y el acabado superficial del material, los cuales dependen de las condiciones y la temperatura utilizadas durante la cocción del producto.

Otra característica muy importante de la pieza cerámica, para la incorporación en ella de un interruptor insertado, es la resistencia mecánica, ya que según esta característica el proceso de mecanizado será más o menos complicado y costoso. La resistencia mecánica del producto está relacionada directamente con la porosidad, disminuyendo ésta al aumentar la porosidad del soporte (medida como absorción de agua).

La elección del tipo de baldosa cerámica no está limitada por las características L L

expuestas anteriormente, ya que en un principio, todo tipo de producto cerámico es apto para la aplicación del interruptor integrado, pero sí es conveniente el estudio de estas características en las piezas elegidas para garantizar la rentabilidad, máxima eficacia y seguridad en la aplicación del sistema.

3.3.2. Procesos de mecanizado.

El producto cerámico puede ser mecanizado de varios modos, fundamentalmente, según el tipo de maquinaria utilizada. Distinguimos en este apartado los procesos de mecanizado más comunes, capaces de perforar una pieza cerámica con precisión. El motivo es la necesidad de perforar la pieza cerámica para la instalación en la baldosa del interruptor.

Corte hidráulico.

Consiste en someter al agua a altas presiones (3000 a 4000 atm) por medio de un circuito hidráulico y un intensificador de presión. Posteriormente el agua es dirigida a través de un orificio de diamante, de aproximadamente 0,2 mm de diámetro, a una cámara de mezcla a fin de añadirle abrasivo que potenciará el corte.

El abrasivo, generalmente gránate de entre 80 y 120 nms, es incorporado al haz de corte por el efecto venturi producido por el agua y luego dirigido hacia la boquilla de carburo de boro o tungsteno de diámetro 0,8 a 1,2 mm. y unos 7 cm de longitud, donde el abrasivo adquiere la velocidad y energía cinética suficiente para producir el corte por abrasión de la zona donde incide.

La velocidad del corte depende del material a tratar siendo de 1 a 2 m/min. En monococción y gres, etc,. . . y por debajo de 1 m / min. en materiales porcelanicos.

Chorro de arena.

Son máquinas que proyectan arena a alta presión sobre la pieza. Las zonas que no deben ser mecanizadas son protegidas mediante una película adhesiva. Es posible controlar la profundidad del mecanizado variando el tiempo de aplicación. Los resultados son difíciles de controlar dimensionalmente y su aplicación es manual.

Fresadoras.

Permiten taladrar el material a la profundidad deseada mediante mandrinos de alta velocidad y fresas especiales. Tienen una gran exactitud, dado que el proceso se realiza por medio de controles numéricos. El coste de producción es alto.

4. SISTEMA GENERADO PARA EL INTERRUPTOR INTEGRADO.

La finalidad del nuevo interruptor es la sustitución de los interruptores eléctricos tradicionales, que como ya se ha mencionado, tienen el problema de la ruptura de la baldosa para su instalación, además de su dificultad para la limpieza y de no ser un elemento que generalmente se integre en la decoración cerámica.

El interruptor integrado es un terminal de fibra óptica con dos terminaciones, que pone en funcionamiento cualquier dispositivo conectado a él, cuando al cerrar el circuito, simplemente con tocarlo con la mano la luz pasa de una terminación de fibra óptica a la otra. La respuesta se recoge en una caja de registro que permitirá o impedirá el paso de corriente eléctrica al aparato conectado.

El proyecto del interruptor integrado consta de dos partes, una primera referida a lo eléctrico, donde está incluido el diseño del interruptor y el circuito de fibra óptica que lo acompaña con los correspondientes sistemas que lo hacen funcionar, y una segunda parte referida al alicatado mecánico, que se ha estudiado para el nuevo interruptor y que permite la sustitución o reparación del mecanismo en caso de necesidad.

4.1. ALICATADO MECÁNICO PARA LA PIEZA FUNCIONAL CON REJUNTADO NORMAL.

Se ha intentado encontrar una solución lo más sencilla posible y lo mas acorde con el sistema de alicatado de capa fina, para que la acogida del sistema sea rápida por parte de todos los usuarios del nuevo interruptor. Así el alicatado mecánico se resuelve mediante un sistema magnético, que garantiza la fijación de la pieza al paramento vertical.

El sistema fija la pieza funcional al paramento vertical utilizando cuatro imanes fijados mediante adhesivo en sus esquinas y cuatro placas metálicas ancladas en el paramento. En un proceso de pre-fabricación anterior a la puesta en obra, en la baldosa cerámica se adhiere, con resinas aptas para cerámica y metal, en cada esquina un imán circular de neodimio, cuyas dimensiones dependerán directamente del peso de la pieza a sujetar. Ya durante el proceso de puesta en obra se fijarán en el paramento las cuatro placas circulares metálicas, de las mismas dimensiones que el imán, coincidiendo con la posición exacta de los imanes y por lo tanto de la pieza cerámica. De esta manera la pieza quedará fijada a la pared por la interacción que se produce entre el imán y la placa metálica, pero de manera registrable.

4.1.1. Pre-fabricado de la pieza cerámica.

Como hemos enunciado anteriormente, la pieza esta sometida a unos procesos previos de montaje y mecanizado, que podemos definir como; taladrado de la pieza, aplicación de un desencofrante en la parte posterior y montaje de los apliques.

El mecanizado de la pieza cerámica consiste en la realización en el centro de una perforación y rebaje por su cara-vista concéntricos, de diámetros definidos por las dimensiones del interruptor. En caso necesario, si el espesor total de la pieza cerámica mas el sistema magnético superan el espesor mínimo del alicatado, se realizarán rebajes en las esquinas para alojar los imanes y reducir de esta manera el incremento de espesor producido por las acoples metálicos.

Pieza funcional. Trasera Piezn funcional. Detalle Pieza funcional. Frontal

Como la ejecución del alicatado se pretende uniforme en su totalidad, para evitar que la pieza funcional por la parte de atrás quede pegada al paramento, ira impregnada con un desencofrante o una lámina de plástico, según el caso y tipo de pieza cerámica, que evitará que ésta quede adherida al paramento por el mortero-cola extendido sobre el muro.

Para finalizar el proceso de formación de la pieza funcional, se pegarán los imanes en las esquinas y se montará el interruptor sobre la pieza cerámica.

El sistema se ha planteado con imanes axiales de neodimio, ya que estos imanes tienen una potencia de 7 a 10 veces superior a los tradicionales de ferrita. Por ejemplo para una baldosa de 24x12cm se utilizan cuatro imanes de 12 mm de diámetro por 3 mm de espesor, que soportan una carga total de cuatro kilogramos.

Al tratarse el neodimio de un material sujeto a rápida oxidación los imanes son protegidos después de su fabricación con un baño de níquel.

a. uuldosa. b. Cemento-cola. c. Imdr~ ~'rcular de neodimio. d. Placa metálica que queda encastrada en la pared.

4.1.2. Proceso de puesta en obra.

Los nuevos interruptores integrados no suponen una interrupción en el proceso natural de alicatado, porque la colocación de la pieza funcional sigue el ritmo de fijación de las piezas normales.

Antes de empezar con el alicatado se realizará la colocación de la pre-instalación que alojará los circuitos necesarios para el buen funcionamiento del interruptor. En la fijación definitiva de la caja de registro destinada al interruptor, tendrá que tenerse en cuenta tanto la posición del interruptor como el replanteo previo de las piezas cerámicas que componen el panel, y tener la precaución de instalar una caja un poco más grande de lo necesario para así tener una holgura, que nos permita un pequeño error de posición durante la colocación de la caja.

Caja y guía de cable colocadas en el paramento vertical

Conjuntamente a la caja de registro del interruptor, se procederá a la instalación de una "guía de cables" que recorrerá el circuito de cables de fibra óptica necesarios para realizar la instalación por debajo del alicatado cerámico.

En el proceso normal de alicatado con doble encolado, la colocación de la pieza funcional no será muy distinta al resto de las baldosas. Una vez extendido sobre la superficie de colocación el adhesivo mediante un peinado con una llana dentada. Tomaremos la pieza funcional con las placas de metal unidas a los imanes, y en vez de darle una capa de adhesivo a toda la pieza colocaremos el adhesivo únicamente sobre las piezas de metal y procederemos a la colocación de pieza sobre el paramento.

Únicamente tendremos que tener cuidado durante el periodo de fraguado del adhesivo, manteniendo a la pieza sujeta con los correspondientes apeos. De esta manera las placas serán las que queden definitivamente fijadas al paramento mientras que la baldosa, pasado el tiempo de fraguado, se podrá extraer para realizar las conexiones y el mantenimiento del interruptor.

La placa metálica dispondrá de hendiduras y salientes que favorezcan el agarre al paramento vertical, ya que la fijación de la placa la resuelve el adhesivo que deberá ser apto también para metal. Si el peso de la baldosa es muy grande y se considera que no es suficiente la superficie de contacto del adhesivo con el metal se optaría por placas de dimensiones mayores al imán o por una fijación con tornillos con posterioridad al fraguado del adhesivo.

Puesta en obra.

a. Imanes. b. Interruptor. c. Superficie antiadherente. d. Placa metálica. e. Junta tradicional. f . Caja de registro.

Las baldosas deben fijarse dejando unas juntas de dilatación entre ellas, acordes con lo mencionado anteriormente, incluida la pieza funcional, que deberá ajustarse perfectamente a la malla que forman las piezas cerámicas.

El rejuntado de las juntas de pequeñas dimensiones se realizará de forma continua sin considerar la existencia de una pieza especial, quedando de esta forma camuflada completamente dentro del paramento. Un pequeño inconveniente de esta técnica, será la necesidad de sacrificar el material de rejuntado cada vez que se tenga que acceder a la parte posterior de la pieza cerámica. Para las juntas de mayor dimensión se rellenará primero con un canutillo o cinta de goma en todo su perímetro para luego terminar las juntas con el mismo material que se ha usado en toda la pared alicatada.

Fotografía del prototipo, alicatado mecánico.

P.GII - 146

4.2. INSTALACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO Y DE FIBRA ÓPTICA.

El sistema para la instalación de dos interruptores conmutados y un punto de luz, consta de tres circuitos diferentes que interaccionan en la caja de gestión; el primero representado en el esquema por una única línea gruesa corresponde a la red eléctrica que alimenta a los dos grupos de gestión y al punto de luz; el segundo, representado en el esquema por dos líneas paralelas, corresponde al circuito de fibra óptica que conecta el interruptor con la caja de gestión; y el tercero, representado en el esquema por una línea fina, es una conexión RJll entre las dos cajas de gestión.

Alimentación: A la corriente doméstica 230V AC / 50Hz

INTERRUPTOR TERMINAL - 2

Gestión Begtstro-1 7. Son los componentes electrónicos 1 1 encargados de gestionar y ver@ar el cierre o la apertura del

&&y o punto de luz; Es la función que conseguimos activar o desactivar.

Esquema del circuito

circuito óptico, con la consecuente activación o desactivación de la función secundaria.

Conm- Los dos registros quedan automáticamente

GESTIÓN REGISTRO -1

El circuito de cables eléctricos que conducen la tensión a 230 V cumplirá la normativa y por lo tanto no podrá

ubicarse en los volúmenes de prohibición establecidos por misma. Mientras que el circuito de fibra óptica, dado que no conduce tensión, podrá ubicarse sin ningún problema en el interior de estos volúmenes.

conmutados una vez conectados. En el caso que conectemos varios de estos registros todos ellos quedarán asimismo conmutados.

Znterruvtor Terminal 1-2: Hacen de interruptores ópticos del circuito. Es la inter-actuación con el usuario.

Circuito completo, con dos interruptores.

RGII - 147

, C ~ ~ m u t d h G E S ~

REGISTRO -2

En esta foto podemos observar el sistema montado sobre el primer prototipo que se ha realizado, para comprobar el funcionamiento tanto de los aparatos eléctricos como del sistema de puesta en obra pensado para la pieza especial.

4.2.1. Partes; Interruptor integrado.

El interruptor permite el encendido y apagado del testigo según la voluntad del usuario. El diseño y funcionamiento del interruptor es muy simple, consta fundamentalmente de un casquillo terminal enrasado que aloja dos terminaciones de cable de fibra óptica. Uno activo, el cual esta continuamente recibiendo un aporte de luz desde un elemento situado en la caja de gestión, y un segundo cable pasivo que recoge la luz que se refleja cuando pasamos la mano por delante del terminal activo. Ambas terminaciones irán protegidas con una lente para evitar daños a la pieza y mejorar la superficie de contacto con la mano del usuario.

Haz de luz que llega al interruptor.

De esta manera se cierra el circuito llegando la señal de encendido o apagado del testigo a la caja de gestión que actuara en consecuencia.

El "casquillo terminal enrasado" (realizado con aluminio, acero o latón) consta de un cilindro con rosca y una cabeza mas ancha que encaja en el rebaje realizado en la cara-vista de la pieza cerámica concéntrico al taladro. Los extremos de los cables de fibra óptica se recogen en el interior del interruptor con un "casquillo de guía" que los mantiene en su posición. Este conjunto se fija a la pieza cerámica con una tuerca enroscada al "casquillo terminal enrasado" por la parte posterior de la pieza cerámica.

Esquema del interruptor Interruptor desmontado

1. Caja de registro redonda.

2. Fibra óptica plástica.

3. Tuerca fijación.

4. Casquillo guía cable.

5. Arandela de presión.

6. Pieza cerámica.

7. Casquillo terminal enrasado.

8. Vidrio o lente protectora.

Partes del interruptor

El funcionamiento del interruptor está basado en las características de la fibra óptica, transmiten un haz de luz, generado por un emisor, a lo largo del cable. Esta transmisión no tiene lugar de manera continua sino que es debida a fenómenos de reflexión a lo largo del cable.

El cable de fibra óptica elegido para el desarrollo de este proyecto ha sido un cable óptico doble. Este cable tiene un núcleo compuesto de una o más fibras de resina acrílica (Polimetil Metacrilato) de 1 mm. de diámetro interior y un encapsulado realizado con un recubrimiento de polietileno de 2,20 mm. de diámetro.

4.2.2. Partes: Caja de gestión-regi'stro.

En la caja de gestión-registro se recogen los componentes electrónicos encargados de gestionar y verificar el funcionamiento del interruptor y del sistema en general. Los elementos que vamos a encontrarnos en ella son los siguientes.

Para que el sistema de detección basado en fibra óptica funcione correctamente es necesario disponer de una fuente de luz en uno de los extremos del cable de fibra óptica y de un fotorreceptor en el otro extremo. En cuanto a la fuente de luz, ésta es proporcionada por un diodo LED rojo situado en uno de los extremos de uno de los cables de fibra óptica.

El haz de luz emitido por el diodo LED ha de ser propagado por el cable de fibra óptica, de tal forma que el haz de luz pueda verse al final del extremo contrario. Para ello es muy importante que el cable de fibra óptica de plástico esté perfectamente "enfrentado" con el diodo LED, ya que de lo contrario pueden existir pérdidas de luz.

Para solucionar este problema de perfecto "enfrentamiento" entre el cable de fibra óptica de plástico y el diodo LED emisor se han utilizado unos conectores que además de permitir la conexión del diodo LED a una placa de circuito impreso, permite el encaramiento y "estrangulamiento" del cable de fibra.

Esquema de conexión del diodo LED y cable defibra óptica.

El sistema de detección precisa también un fotorreceptor que sea capaz de captar la señal emitida por el diodo LED. El fotorreceptor seleccionado es un fototransistor que permite la existencia de un nivel lógico 1 entre colector y emisor cuando no detecta y un nivel lógico O cuando detecta.

Al igual que ocurría en el caso del emisor, el fototransistor debe estar, también, perfectamente "encarado" con el cable de fibra óptica de plástico. Este problema de perfecto "encaramiento" se ha solucionado con un conector muy similar al mostrado anteriormente.

Así pues, cuando la placa de circuito impreso se conecta a la red de 220 voltios, el LED emite un haz de luz de color mjo que es visto desde el otro extremo (que está situado en la baldosa). Este haz de luz sale hacia el exterior y cuando el haz de luz es refradado en el objeto opaco y captado por el receptor que proporciona una señal eléctrica.

El circuito electrónico que utiliza la fibra óptica como medio de detección está compuesto principalmente de tres partes bien diferenciadas:

a. Circuito emisor y microcontrolador. b. Circuito receptor. c. Fuente de alimentación.

Interior de la caja de gestión conectada a los circuios, con la placa de circuito impreso para el control del interruptor.

RGII - 150

a. Circuito emisor y microcontrolador.

El sistema empleado para emitir la señal por fibra óptica y el tratamiento de las señales está basado en un rnicrocontrolador de 8 bits.

Los componentes empleados para el circuito emisor y rnicrocontrolador se describen a continuación:

Led emisor de luz roja: Se encarga de emitir la luz a través de la fibra óptica a una frecuencia de 4,5 kHz impuesta por pulsos que el rnicrocontrolador suministra a dos transistores en configuración Darlington.

Relé: Está compuesto por una bobina y dos contactos. Esta bobina tiene uno de sus terminales conectado a la salida del puente rectificador de la fuente de tensión para conseguir elevar la tensión. De esta forma se consigue facilitar el cierre de los contactos. Conectores RJ11: Se emplean para la comunicación entre distintos circuitos de detección. Se conectan a dos pines del rnicrocontrolador y su actuación está en función del programa que ejecuta el rnicrocontrolador, el cual se detallará más adelante. Potenciómetro: Se utiliza para ajustar la temporización del cierre de los contactos. Está conectado a uno de los pines del rnicrocontrolador. En función de la resistencia del potenciómetro el rnicrocontrolador actuará acortando o alargando el tiempo entre el cierre y apertura de los contactos del relé. Microcontrolador: Se encarga de gestionar todas las entradas y salidas mencionadas anteriormente mediante su programa.

b. Circuito receptor.

Está compuesto por los siguientes componentes:

Fototransistor receptor: Se encarga de recibir la señal que emite el emisor, la cual será amplificada y comparada por el resto de componentes del circuito, para luego ser introducida por uno de los pines del rnicrocontrolador. Sistema de amplificación: Los pulsos que provienen del receptor son introducidos a un primer amplificador operacional mediante un condensador y una resistencia, esta pareja de componentes forma un filtro paso alto de frecuencia de corte 1,6 kHz, a continuación la señal es amplificada con una ganancia pico de 53,5 dB, limitada en frecuencia por el filtro paso bajo formado por otro par resistencia-condensador.

c. Fuente de alimentación.

Se han empleado los siguientes componentes en su fabricación:

Fusible: El valor de corte del fusible viene dado por el consumo de todos los componentes. Los que mayor consumo tienen son principalmente el relé (50mA), los diodos emisor y receptor (20 mA) y el microcontro!ador (100 mA máx). Transformador de doble bobina. La entrada es de 230 V y la salida ofrece una potencia por bobina de 0,75 VA.

Puente de diodos de doble onda. Se encargan de rectificar la tensión de salida del transformador, de forma que ésta se transforme en continua. Condensadores electrolíticos de estabilización. Disminuyen el rizado de la tensión. Cuanto más capacidad tengan menos rizado habrá, pero más tardarán en cargarse y obtener la tensión de salida deseada. Condensadores cerámicos. Se colocan en paralelo con los de mayor capacidad para dar una respuesta más rápida a las demandas de corriente del circuito. Regulador LM7805. Se encarga de estabilizar la tensión de salida a 5 V y de eliminar practicamente el rizado de la tensión.

4.2.3. Programa del microcontrolador para interruptor de fibra óptica.

El programa que ejecuta el microcontrolador se divide en los siguientes pasos:

Comprobación de que se ha producido una detección, esto es, si aparece un 1 lógico en el pin correspondiente del microcontrolador. En caso afirmativo se comprueba si esa detección es realmente una detección o por el contrario es ruido proveniente del exterior.

Para ello hay una función que se encarga de esperar un tiempo desde que se detecta el primer pulso para luego volver a comprobar si es lo suficientemente largo como para poder ser admitido como detección. La medida de este tiempo la realiza el temporizador O mediante interrupciones.

Si no es ruido, entonces la salida correspondiente del microcontrolador actuará en función de la siguiente tabla:

Salida del relé en función del estado interno de dos circuitos de detección.

Estado exterior --p.--

o ()

1 1

Esta tabla hace referencia por un lado al estado interno de varios dispositivos. Esto significa que tenemos varios circuitos de detección que están comunicados entre sí mediante conectores RJll. En función de si se ha producido o no una detección, el estado interno de cada uno cambiará dependiendo si es conexión o desconexión.

Consideraremos un circuito como principal al que le asignamos el estado interior, y otro circuito como secundario al que le asignaremos el estado exterior.

Estado interior o 1 o 1

En función de la tabla, los contactos del relé, tanto de un dispositivo como del otro permanecerán abiertos o cerrados.

Salida . . . - - - relé - ( )

1 1 o

4.2.4. Funcionamiento

El funcionamiento del sistema ha sido testado en un prototipo realizado con dos interruptores y un testigo, para comprobar así los tres circuitos que forman el sistema y la conexión entre ellos. Llegándose a comprobar la validez del sistema y la posible aplicación industrial del mecanismo.

-m-,

Prototipo

CONCLUSIONES.

*Como elemento a accionar se ha elegido una micro-lámpara de 220 V.

*Piezas cerámicas (funcionales y normales) colocadas mediante el sistema de anclaje magnético con el objeto de poder separar cualquier pieza cerámica para observar el tableado.

*Interruptores ópticos anclados en las piezas cerámicas.

Se ha desarrollado un nuevo interruptor de fibra óptica que mejora las condiciones estéticas y funcionales de los interruptores tradicionales. En cuanto a la puesta en obra, el pequeño trastorno que supone la colocación de la pieza funcional de forma especial, nos da una serie de ventajas que facilitarán la utilización y el mantenimiento de la instalación;

Registro de todas las piezas, lo que supone el acceso a la parte posterior de la pieza cerámica. Facilidad de mantenimiento del interruptor y del sistema eléctrico. Fijación firme de la pieza cerámica que evita la caída o descuelgue de la misma. El mantenimiento de la irnpermeabilidad de la piel cerámica. Ausencia o disminución del volumen de rozas dado el pequeño diámetro de la fibra óptica.

Seguidamente se enumeran las ventajas técnicas más relevantes del sistema de interruptores integrados frente a la instalación convencional.

Posibilidad de ubicar interruptores en los volúmenes de prohibicidn y de protección especificados en el Reglamento electrotécnico para baja tensión. Facilidad de uso. Posibilidad de conmutar dispositivos con cuantos interruptores queramos, ya que es la lógica de la caja de control la encargada de efectuar la conmutación. Integración en la red domótica de la vivienda. Múltiples aplicaciones tanto en zonas secas (interruptor de luz, interruptor de enchufeI interruptor de cisterna), como en zonas húmedas (alarmas en duchas y baños).

6. AGRADECIMIENTOS

Proyecto apoyado por el Instituto de la Pequeña y Mediana Industria de Valencia, IMPIVA, dentro del programa "Plan de Competitividad y Consolidación de la Pyme".

[l] RBT. Reglamento electrotécnico para baja tensión, actualmente en vigor, fue aprobado en consejo de ministros y quedó reflejado en el Decreto 241311973 de 20 de septiembre, y publicado en el "BOE" no 242, de fecha 9 de octubre de 1973, y la adición de un párrafo al articulo 2, dado el 9 de octubre de 1985 por el Real Decreto 2295 / 1985.

[2] Normas tecnológicas de la edificación. Instalaciones la parte. Ministerio de Fomento. Dirección de la vivienda, la arquitectura y el urbanismo. Reimpresión, noviembre 2000.

[3] Normas tecnológicas de la edificación. Instalaciones 2" parte. Ministerio de Fomei-ito. Dirección de la vivienda, la arquitectura y el urbanismo. Reimpresión, noviembre 2000.

[4] Tecnología cerámica. Instituto de química técnica. Universidad de Valencia. Autor: Enrique Navarro.