PROTOTIPO A ESCALA DE SISTEMA DOMTICO DE BAJO COSTO

CLAUDIA VERNICA CHIAPPE VSQUEZLUIS ADOLFO MORALES PIZARRO

Profesor Gua: Juan Carlos Travieso TorresDoctor en Control Automtico

Trabajo de Ttulo para optar al Ttulo de Tecnlogo en Automatizacin Industrial

Santiago ChileUNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD TECNOLGICADEPARTAMENTO DE TECNOLOGAS INDUSTRIALES

2015

ii

Claudia Vernica Chiappe Vsquez Luis Adolfo Morales PizarroSe autoriza la reproduccin parcial o total de esta obra, con fines acadmicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita bibliogrfica.

HOJA DE CALIFICACIN

DEDICATORIA

Est dedicado a mi familia, en especial a mis padres y to que con su esfuerzo e incondicional apoyo, lograron darme las fuerza para continuar en los das ms difciles.Claudia Chiappe Vsquez

Est dedicado a mi familia, en especial a mis padres y hermanos que son lo que ms he de amar en el mundo, y que siempre estar ah para ellos, por su total e ilimitado apoyo y entrega.Luis Morales Pizarro

AGRADECIMIENTOSGracias a mi profesor, padres, hermanos, pareja y amigos por la paciencia y el apoyo brindado.Claudia Chiappe Vsquez

Agradezco esto a mi amada familia, a mis padres, que lo han dado todo por sus hijos, a mi amada Madre que con su amor y esfuerzo me da da a da razn para seguir adelante, a mi amado Padre, que es simplemente todo lo que yo quiero llegar a ser algn da, a mis Hermanos queridos y adorados, que alegran mi vida, y que sin ellos yo no sera feliz, a mis abuelos maternos que fueron, son, y sern, recordados por siempre, con mucho amor y admiracin, por su apasionante vida y legado dejado en la familia Pizarro Pizarro, a los abuelos paternos, a quienes adoro y atesoro, a la familia Morales Gonzlez, a los tos y tas, a los primos y primas, a mi querida profesora y amiga Mara Jos Zrate, a los hermanos no sanguneos, Claudia Chiappe, Osmar Poblete, Julin Fraga, y Luis Silvi, gracias por ser mis amigos, les agradezco a todos y a cada uno de ustedes, lo que han significado para m, les agradezco esto porque soy un convencido, de que el hombre es producto del medio, y mi medio son ustedes.

Luis Morales Pizarro

TABLA DE CONTENIDOS

CAPITULO I INTRODUCCIN11.2.Sistema Elctrico Convencional11.2.Sistema Domtico21.3.Domtica en Chile51.3.1 Nuestro sistema51.4.1Variables a Controlar71.4.2Ventajas y desventajas de la propuesta81.5Mercado objetivo81.6Objetivo General101.7Objetivos Especficos11CAPTULO II MARCO TERICO122.1.Soluciones existentes en el rea122.2.Solucin Conceptual de bajo costo existente152.3.Soluciones investigadas en tesis anteriores162.3.1. Proyecto de Domotica Hogar Inteligente (Ao 2006)162.3.2. DOMOTICA: una herramienta de seguridad y ahorro energtico. (Ao 2010)172.4.Nuestra solucion172.4.1Arduino192.4.2Elementos que componen nuestro sistema202.4.3Integracion del Sistema21CAPTULO III DESARROLLO223.1.Integracin Sistemtica233.2.Disposicin de Sensores y Sealtica263.3.Determinacin de Velocidad283.4.Determinacin de Atochamientos293.5.Funcionamiento Lgico para tramo de Av. Los Leones313.6.Redundancia343.7.Condiciones de Fallo34CAPTULO IV CONCLUSIONES35Bibliografa37Webgrafa37[2]Legrand group en Chile http://www.legrandgroup.cl/37[13]Instalacin de cercos elctricos http://www.sec.cl/pls/portal/docs/PAGE/SECNORMATIVA/electricidad_normastecnicas/anexo.pdf38[14]Norma Elctrica 4 / 2003 http://www.sec.cl/portal/page?_pageid=33,3435548&_dad=portal&_schema=PORTAL38Anexos38

NDICE DE ILUSTRACIONES

Figura 1: Plano de casa convencional seleccionada1Figura 2: Componentes de un Sistema Electrico Convencional2Figura 3: Arquitectura de control de sistema domtico en general3Figura 4: reas de control domtico en general3Figura 5: reas de Control domtico que ofrece el Grupo Legrand5Figura 6: reas de Control domtico de nuestro trabajo6Figura 7: Arquitectura de Control de nuestro trabajo6Figura 8: Modificaciones realizadas por sistema MY HOME12Figura 9: Alambrado sistema My Home13Figura 10: Conexin BUS a red elctrica15Figura 11: Control de iluminacin con arduino15Figura 12: Primer Piso18Figura 13: Segundo Piso18Figura 14: Sistemas Electrico con arduino19Figura 15: Solucin kit domtico bajo costo21Figura 16: Modificaciones realizadas por nosotros22

Tabla 1: Descripcion de los Sistemas de control Domotico4Tabla 2: Variables de nuestro control7Tabla 3: Ventajas y desventajas kit domtico bajo costo8Tabla 4: Viviendas por tramo de superficie sobre el total de viviendas aprobadas en cada ao (En porcentaje)8

Grfico 1: Viviendas autorizadas por tramo de superficie21

RESUMEN

Como parte de nuestra tesis para optar al ttulo de Tecnlogo en Automatizacin Industrial, se desarroll un prototipo a escala de sistema domtico de bajo costo. Este fue diseado para controlar una casa de dos plantas de 140 m2, 5 dormitorios, 3 baos, living, cocina, comedor, portn, terraza, patio, riego automtico y cerradura de entrada elctrica. El prototipo fue instalado y probado en una maqueta de la casa, a escala 1:25, manteniendo el diseo de la parte de fuerza convencional alambrada de acuerdo a la Norma Chilena Elctrica 4/2003 para Instalaciones de Consumo en Baja Tensin.

Primero, se realiz un estudio de mercado de la principal empresa proveedora de sistemas domotics en Chile, caracterizando los sistemas ofrecidos, analizando sus costos, ventajas y desventajas. Se mostr que en la actualidad en el mercado Chileno los productos ofrecidos son de un elevado costo. Es por esto que en el proyecto se plante desarrollar un sistema domotico similar pero de bajo costo, que sea una alternativa de solucin al problema recin planteado.

CAPITULO I INTRODUCCIN

Una casa convencional bsica de 140 m2 (cumple con el DFL2 [1]) cuenta con luces e interruptores de encendido/apagado de las distintas habitaciones o reas, enchufes para alimentar a los diversos equipos electrodomsticos (televisor, juguera, microondas, lavadora, etc.); y puede llegar a tener alarma, citfono con apertura de puerta de acceso, riego automtico, control de apertura/cierre de portn para autos.

Figura 1: Plano de casa convencional seleccionada

1.2. Sistema Elctrico Convencional

Las casas convencionales emplean el sistema elctrico tradicional que es el encargado de distribuir la energia a nuestro hogar.Figura 2: Componentes de un Sistema Elctrico Convencional

Este se representa en la Figura 3 mediante un diagrama unilineal, y cuenta con parte de fuerza y control. La parte de fuerza se disea e instala de acuerdo a la Norma Chilena Elctrica 4/2003 para Instalaciones de Consumo en Baja Tensin y est compuesta, por ejemplo, de: cajas de derivacin, cargas, tomas de corriente, etc. La parte de control en cambio cuenta esencialmente con interruptores y botones pulsadores, elementos que cumplen con la funcin de controlar los centros de consumo de forma manual, esto quiere decir que para el encendido o apagado de una luz, debemos accionar un interruptor que comande la carga.1.2. Sistema Domtico

En los ltimos 15 aos ha habido un aumento creciente del uso de sistemas de control de casas, rea llamada domtica. Esta busca automatizar las variables en una vivienda, que pueden llegar a aportar servicios de gestin energtica, y estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicacin, cableadas o inalmbricas. El trmino viene de la unin de las palabras domus (que significa casa en latn) y tica (de automtica, palabra en griego de que funciona por s sola)

Figura 3: Arquitectura de control de sistema domtico en general

Dentro de las reas que se han llegado a controlar por un sistema Domtico existen las descritas en la Figura 4.

Figura 4: reas de control domtico en general

Descripcion de las Areas de Control Domotico

Gestion de EnergiaGestionando el consumo de la vivienda adecuadamente lograremos satisfacer las necesidades el usuario con el mnimo coste posibleEncendiendo y apagando la climatizacin dependiendo de qu habitaciones estn ocupadas.

Regulando la intensidad de la iluminacin dependiendo de la luz natural de la estancia.

Utilizando las tarifas horarias de menor coste, y reducir as la factura.

SeguridadNos permitir actuar ms eficientemente frente a alarmas que se produzcan en la vivienda.Mediante detectores de presencia, humo, gas, o escape de agua.

Mediante simulacin de presencia aleatoria en la vivienda.

Mediante avisos al telfono celular de alarmas en la vivienda.

Comunicacinpermite una mejor comunicacin entre la vivienda y el usuarioControlando la vivienda remotamente a travs de internet.

Controlando la vivienda de forma inalmbrica.

Controlando el videoportero desde el telfono celular.

ConfortSupone toda la comodidad que ofrece la domtica entre el usuario y la viviendaRegulando el nivel de iluminacin para un ambiente ms confortable.

Pulsando un solo botn para apagar todas las luces, apagar la calefaccin, y bajar todas las persianas al salir de casa.

Con riego exterior automtico.

Tabla 1: Descripcin de los Sistemas de control Domtico

1.3. Domtica en Chile

Actualmente en Chile podemos destacar la existencia del Grupo Legrand como principal empresa proveedora que brindan una solucin domtica conformada por dos productos que son LEGRAND y BTICINO, ambas lneas de productos del mismo grupo. Como puede observarse en la Figura 4, este sistema domtico posibilita el control automtico de encendido/apagado de luces, sistemas de ventilacin, calefaccin, ofrece un sistema de CCTV para tele vigilancia, permite realizar gestin de energa, e integra todo con comunicaciones. Este sistema completo evaluado para la casa de 140 m2 de nuestra tesis cuesta sobre los 2 millones de pesos.

Figura 5: reas de Control domtico que ofrece el Grupo Legrand

1.3.1Nuestro sistema

Particularmente, nuestra tesis partir con el desarrollo de un sistema alternativo de menor costo para Control Automtico que incluya Comunicaciones. Trabajos futuros investigarn el resto de las reas de control domtico.Domtica

Figura 6: reas de Control domtico de nuestro trabajo

Leyenda Nuevo ExistenteDispositivos ON/OFF

Controlador(Arduino)

AplicacinOtros Sistemas

Figura 7: Arquitectura de Control de nuestro trabajo

1.4.1Variables a Controlar

En nuestra tesis nos centraremos en automatizar las siguientes variables que se realizan actualmente sin control domtico pero con sistemas elctricos convencionales, como lo son, el riego automtico, el accionamiento de puerta de entrada vehicular, control de iluminacin, entre otras de accionamiento simple.

Variables a ControlarDescripcin

Encendido /Apagado de IluminacinPosibilita comandar el estado de los centros de iluminacin

Apertura /Cierre de Chapa ElctricaPosibilita comandar a cierta distancia la apertura/cierre de Chapa Elctrica

Manejo de Estatus de otros sistemas Posibilita interconectar seal de estatus de otros sistemas existentes; tales como: alarma, aire acondicionado, control de portn automtico, riego automtico.

Encendido/Apagado de otros sistemas Posibilita entregar comando de partir (con o sin temporizador Diario/Semanal) a sistemas existentes de alarma, aire acondicionado, control de portn automtico, riego automtico.Tambin puede interconectar seal de estatus de estos sistemas.

Tabla 2: Variables de nuestro control1.4.2Ventajas y desventajas de la propuestaComment by Claudina: Pendiente hasta el final.Fcil de alambrarCable adicionalCosto, flexibilidad, interactividad, Ahorro de algo?

VentajasDesventajas

Ahorra tiempoLimite de Cargas a controlar

Se puede enlazar con cualquier dispositivo con sistema Android y acceso a internet.Se puede producir el aislamiento del usuario.

Mayor Costo-BeneficioAl ser una aplicacin nueva, se pueden experimentar retrasos en los sistemas.

Amigable con el usuario

Rapida instalacion

Tabla 3: Ventajas y desventajas kit domtico bajo costo1.5Mercado objetivo

El kit domtico es aplicado a una vivienda de 140mts2, pudindose aplicar a casas entre 70 y 140 m2 como principal mercado objetivo.

Tabla 4: Viviendas por tramo de superficie sobre el total de viviendas aprobadas en cada ao (En porcentaje)

El motivo del objetivo de mercado sealado es resultado del estudio de los permisos de construccin de casas hasta el ao 2009[footnoteRef:1]. [1: Estudio actualizado slo hasta el 2009 por informacin CENSO pendiente]

Segn el Balance de la vivienda en Chile [6] entregado por la cmara Chilena de la construccin el ao 2011[footnoteRef:2], la mayor cantidad de permisos de construccin entregados hasta la fecha de emisin del documento fueron para viviendas en tramos de superficie entre 36,1 y 70m2, como muestra el grfico a continuacin, se observa que en 2001 aumentaron fuertemente los permisos de construccin de hasta 140 m2, lo cual es consistente con los efectos positivos de la ley de descuentos tributarios DFL-2 [7], aplicada en 1992. Tambin concuerda con una notable disminucin en los permisos de construccin de viviendas de hasta 36 m2, debido a las exigencias del MINVU en relacin al tamao de las viviendas sociales, por lo que no se entregan subsidio a ste rango de superficie de construccin. [2: ltima publicacin y mas actualizada de balances de Cmara Chilena de la Construccin debido a fallas en el ltimo CENSO en Chile.]

Si bien el estudio no habla de viviendas construidas, sino ms bien permisos de construccin, es importante sealar que un primer indicador de la actividad habitacional son los permisos de edificacin. Es posible que no sean un fiel reflejo de la actividad del sector, mas son una aproximacin a lo que podramos referirnos como intencin de inversin y, por lo tanto, sus variaciones debieran capturar de mejor forma, en cuanto a su desarrollo material, los ciclos de la actividad econmica futura de corto y mediano plazo, permitindonos identificar el foco de mercado al momento de evaluar las caractersticas de nuestro kit.

Grfico 1: Viviendas autorizadas por tramo de superficie

Tambin cabe sealar que parte de nuestro potencial mercado son las inmobiliarias que estn implementando sistemas domotics en sus construcciones.Algunas de ellas son:Siena [2]Manquehue [3]Ralei [4]Que proporcionan inteligencia integrada en sus edificios por medio de empresas de entrega de servicios de instalacin de domtica, por lo que la economa y eficiencia de nuestro sistema sera una potencial solucin a los requerimientos de las constructoras en cuestin.

1.6Objetivo General

El objetivo general del trabajo consiste en construir un prototipo a escala de Sistema Domtico de Bajo Costo, en comparacin con los sistemas existentes en el mercado.Para esto, y como objetivos especficos se encuentran: 1.7Objetivos Especficos

Determinacin del Estado del Arte de los sistemas que se utilizan para el control domtico. Caracterizacin de los productos del mercado y sus costos asociados. Identificar variables a controlar y mejoras en base a desventajas existentes en el rea. Diseo de Prototipo (hardware y software). Confeccin de casa a escala, ensamblado y programacin del prototipo de sistema domtico. Pruebas del Prototipo Domtico.

CAPTULO II MARCO TERICO2.1. Soluciones existentes en el rea

Grupo Legrand cuentan con lneas de productos dedicadas exclusivamente a la automatizacin en el hogar, ambas ayudan a integrar el sistema inteligente inalmbrico MY HOME, perteneciente a Bticino.

A continuacin se presenta las modificaciones realizadas por el sistema MY HOME en el unilineal elctrico tradicional.

Tablero adicional de interfaces y alimentadores del sistema

Sistema de proteccin

Se Modifica

Se Implementa

Se conserva

Sistema de fuerza

Sistema de alumbrado

Figura 8: Modificaciones realizadas por sistema MY HOME

El sistema de proteccin se conserva, es utilizado para alimentar el tablero adicional encargado de contener las interfaces y alimentadores del sistema.En el sistema de alumbrado los interruptores convencionales son reemplazados por comandos especiales perteneciente a legrand, estos son dispositivos electrnicos de mando conectados al bus, estos dispositivos comandan los actuadores que estn conectados al bus y a la red elctrica como indica en la figura 10.

En el sistema de Fuerza los enchufes son remplazados por enchufes especiales conectados al bus y al sistema elctrico tradicional para ser desconectados al momento que se produzca una sobrecarga.

Sistema MY HOMEAlimentacion

Tablero adicional de control e integracin de sistemas MY HOME

Tablero del sistema electrico convencional

Figura 9: Alambrado sistema My Home

Leyenda

1Alimentador del sistema de automatizacin, termorregulacin y gestin de la energa

2Interfaz para interconectar los sistemas antirrobos y de automatizacin

3Interfaz para integrar los sistemas de video portero y automatizacin

4Alimentador del sistema de antirrobo

5Web Server para el control local y remoto por internet y red LAN

6Alimentador para Web Server

7Alimentador de los sistemas de video porteros y difusin sonora

8Matriz multicanal audio/video para la distribucin de seales de los sistemas de video porteros y difusin sonora

9Modem/enrutador para la conexin a internet del sistema MY HOME mediante el Web Server

Tabla 5: Leyenda del Sistema MY HOME

El sistema MY HOME cuenta con la alimentacin tradicional perteneciente a la red de distribucin elctrica, pero con un cuadro elctrico adicional que cumple con realizar las funciones domticas Avanzadas y bsicas en conjunto con la gestin centralizada del sistema. En el cuadro general se integran todos los buses mediante una interfaz.Para el encendido o apagado en una casa convencional solo accionamos el interruptor, en el sistema MY HOME se necesitan dispositivos de mandos y actuadores especiales. El dispositivo de mando me permite controlar el estado de los actuadores con funciones como ON-OFF, en cambio, los dispositivos actuadores ejecutan los mandos asociados a stos y controlar la carga conectada como un rel del tipo electromecnico. Por este motivo, se encuentran conectados al BUS y la red elctrica. Figura 10: Conexin BUS a red elctrica

2.2. Solucin Conceptual de bajo costo existente

En la internet [15] se encontr la siguiente solucin conceptual de bajo costo para el encendido/apagado de una ampolleta. Mediante el uso de la plataforma arduino. Esta es una plataforma de cdigo abierto, basada en una sencilla placa con entradas y salidas analgicas y digitales. Figura 11: Control de iluminacin con arduino

En la figura se observa la conexin de la plataforma con la red elctrica de 220v, con la finalidad de realizar control de iluminacin, que puede ser utilizada en una habitacin, cocina, bao, etc. La plataforma se Instala en la caja de derivacin del comando de la variable, interrumpiendo la lnea que alimenta el consumo, de esta forma el rel conmuta (On-Off) dependiendo de la configuracin que designemos a travs del servidor web programado.2.3. Soluciones investigadas en tesis anteriores

Se realiz una investigacin a trabajos anteriores que se encontraban ubicados en la biblioteca de la Facultad Tecnolgica y que poseen una directa relacin con nuestra tesis.

2.3.1. Proyecto de Domtica Hogar Inteligente (Ao 2006)

Este trabajo se basa en establecer los aspectos generales para el posterior desarrollo de una ingeniera de detalles del proyecto domtica.

Este proyecto se aplica a una casa de alrededor de 250mts2, pudiendo aplicarse a cualquier casa sin que las dimensiones sean iguales.Uno de los aspectos que se plantea en la tesis, es la instalacin previa del sistema, no as una casa en la cual ya est habitada, efectuando una reconstruccin de la misma para la instalacin, (lo cual genera costos adicionales, mayor tiempo e incremento de la inversin) de lo contrario quedaran cables expuestos, yendo en desmedro de la esttica del hogar.

Los dispositivos de control mencionados son PLC y Microcontrolador PIC.

En nuestro proyecto nos encontramos con el mismo problema de los cables expuestos y buscaremos proporcionar una solucin mediante dispositivos inalmbricos.2.3.2.DOMOTICA: una herramienta de seguridad y ahorro energtico. (Ao 2010)

Esta tesis trata sobre una investigacin de la automatizacin en una casa, que consta de 190mts2, al igual que la tesis anterior puede aplicarse la tecnologa al momento de construir la casa o en su defecto aplicarla a una casa que ya est construida, pero se recomienda que sea previo a la construccin, por las mismas razones que la tesis anterior, Los controladores mencionados son PLC o Microprocesadores, los cuales son operados mediante una pantalla HMI (Interfaz Hombre-Mquina). Usa como protocolo de control y comunicacin X10, que trabaja con las seales de radio frecuencia, esta requiere una lnea elctrica de 110 o 220 volts para transmitir seales de control de manera digital. El sistema est constituido por una arquitectura centralizada, vale decir que un controlador centralizado enva la informacin a los actuadores e interfaces segn el programa, la configuracin y la informacin que recibe de los sensores.

Nosotros rescataremos el protocolo X10 que puede ser una posible solucin a los cables que afectan la esttica del hogar.

2.4. Nuestra solucinNuestra solucin tambin considerar la plataforma Arduino, para el control de una casa de dos plantas de 140 m2, 5 dormitorios, 3 baos, living, cocina, comedor, portn, terraza, patio, riego automtico y cerradura de entrada elctrica, sin generar cambios en el cuadro general de distribucin de la vivienda.

Figura 12: Primer Piso

Figura 13: Segundo Piso

Figura 14: Sistemas Elctrico con Arduino

El kit domtico se basa en es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, con esta plataforma podemos conocer y controlar los estados de variables.

2.4.1Arduino

Arduino es una plataforma de hardware libre [14], estos son aquellos dispositivos de hardware cuyas especificaciones y diagramas esquemticos son de acceso pblico, ya sea de forma gratuita o mediante pago. La filosofa del software libre es aplicable a la del hardware libre. Arduino se basa en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y adems un entorno de desarrollo integrado que proporciona servicios integrales para facilitarle al programador de computadora el desarrollo de software. Arduino es usado hoy en da por miles y miles de personas que buscan desarrollar proyectos electrnicos de diferentes temas, y es su cualidad de libre acceso lo que lo hace ser tan masivo; agregamos a esto que Arduino no es el nico microcontrolador si no que hay muchos ms, pero la diferencia est en que Arduino es ms amigable con el usuario, es ms barato, es multiplataforma esto quiere decir que se puede ejecutar en varios sistemas operativos ya sea Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux, y su entorno de programacin es simple y claro, Arduino es fcil de usar para principiantes, pero suficientemente flexible para que usuarios avanzados puedan aprovecharlo tambin.2.4.2Elementos que componen nuestro sistema

Sensores: son aquellos artefactos fsicos, que son sensibles a algn tipo de magnitud fsicas, tales como la temperatura, la presin, humedad, etc y que sometidos a ellas, se excitan y emiten una seal que puede ser manifestada en forma de corriente, tensin, o resistencia, todo esto, con la funcin de luego ser enviadas a un microcontrolador.

Actuador: el actuador trabaja con las seales de salida que el microcontrolador le proporciona, son los artefactos encargados de generar efectos sobre un sistema de control, ejemplo de esto son las sirenas, los servomotores, vlvulas, luces, etc.

Microcontrolador: el microcontrolador a diferencia de el microprocesador, consta de memorias de datos, memorias de programa, etapa de entradas y salidas, todo en un mismo cuerpo o encapsulado, en el sistema es el encargado de procesar la informacin que le proporcionan los sensores y que en base a un programa, se envan seales a los actuadores.

Red elctrica: es el suministro energtico de las cargas asociadas a nuestra casa, pueden ser lmparas, calefaccin, aire acondicionado, motores, etc. Y tambin suministra energa al microcontrolador.

2.4.3Integracin del Sistema

rgano Central

SensoresActuadores

Figura 15: Solucin kit domtico bajo costo

Adems del rgano central que controle el sistema que tengamos a disposicin es necesario sensores que puedan recoger datos sobre la situacin de cada habitacin de la vivienda. Dependiendo de estos datos el sistema domtico ser capaz de comunicarse con los actuadores para mejorar la situacin del hogar. En conjunto con elementos que permitan la comunicacin entre el usuario y el sistema.

CAPTULO III DESARROLLO

A partir de lo visto en los captulos anteriores en cuanto a teora y tecnologa existente, el sistema kit de domtica basado en Arduino se aplicar a una casa de 140mts2 que cuenta con 3 baos, 5 piezas, 2 salas (estar y estudio), cuarto de lavado, comedor, cocina, terraza y living.En comparacin con el sistema MY HOME buscamos generar las mnimas modificaciones posibles en el sistema elctrico tradicional.

Sistema de proteccin

Sistema de fuerza

Sistema de alumbrado

Se Conserva

Se Implementa

Figura 16: Modificaciones realizadas por nosotros

El sistema de proteccin en conjunto con el sistema de fuerza no sern sometidos a modificacin, ya que nuestras variables a controlar son; el encendido y apagado de la luces, apertura/cierre de chapa elctrica, control de aire acondicionado y riego automtico, para esto el sistema de control de alumbrado ser modificado, no reemplazado, las modificaciones sern al interior de la (caja de derivacin o modulo interior del interruptor), con esto nosotros podremos comandar el encendido o apagado de la carga a controlar.Comment by Claudina: sera actualizado cuando lo sepamos con claridadEl diagrama unilineal elctrico, alimenta a 6 circuitos, estos poseen 53 centros de consumos los cuales 30 son de iluminacin y 24 correspondientes a enchufes.

Tabla 6: Cuadro de Cargas

Para el sistema domtico se emplear una placa arduino, pero debemos escoger el modelo de dicha placa, la eleccin del Arduino Mega ADK se justifica por las caractersticas como: la cantidad de entradas y salidas (analgicas y digitales), ya que son las que segn la dimensin de los puntos de control de la casa son cubiertas por la placa, tambin el mdulo ADK que trae este dispositivo, que nos permitir la3.1. Integracin SistemticaA partir lo visto en los captulos anteriores en cuanto a tecnologa y teora existente, se puede describir la arquitectura de la red de control, el cual integra un su sistema dos ordenadores, correspondiente a la estacin de ingeniera y la estacin de supervisin con una HMI que visualizar el estado del sistema, con un resumen de la informacin sensada ms la informacin desplegada a los usuarios en las pantallas ubicadas en la ruta. Se permitira el paso de control automtico a manual desde la misma HMI creada para tales efectos. Las estaciones mencionadas se encontraran conectadas en Bus con conexin Ethernet al Controlador, PLC o DCS a considerar. Hasta este nivel, la instalacin se ubicaran en una sala de control pequea. Se contara con una unidad UPS (uninterruptible power supply) en caso de corte de suministro elctrico.A partir del Controlador Programable, la red cableada se dirige a la calle, ubicndose en el mismo sistema de ductos de cableado elctrico/telefnico para las Avenida Los Leones (la cual se utilizar a modo de ejemplo). El protocolo a utilizar debe permitir distancias relativas a los 250 metros, donde se ubicaran las Subestaciones Perifricas para descentralizacin las cuales deben encontrarse en prticos de acero construidos especialmente para estos fines, lugar donde se ubican la conexin de los Sensores de Proximidad y los elementos de salida siendo las Sealticas Dirigibles y las Pantallas de Informacin LED. Dichas Subestaciones Perifricas estn tambin conectadas en Bus con sus pares. La modalidad bsica bajo la cual operan los tramos, es entre tres prticos. Dos contienen exclusivamente Sensores de Proximidad en una Subestacin Perifrica de descentralizacin bsica y un tercer prtico con Pantalla de Informacin LED, un sensor de proximidad (el cual estar relacionado al siguiente sensor para el clculo de velocidades) y bajo dicho arco, considerando una variacin en la distancia la Sealtica Dirigible adosada en la calzada, dispositivos que se encontrarn enlazados a una Subestacin Perifrica de descentralizacin de mayor tamao. Las Subestaciones Perifricas de descentralizacin estaran energizadas con conexin a la red elctrica de 220 V con la respectiva consideracin de transformadores de voltaje requeridos, ms una unidad de bateras UPS.En la figura siguiente se puede apreciar la arquitectura de control en sus diferentes niveles. Por cuestiones absolutamente grficas slo se consider una Subestacin Perifrica de cada tipo.

Figura 11.1: Arquitectura de control del sistema de control de trfico autorregulado.

3.2. Disposicin de Sensores y SealticaDe acuerdo al tipo de Dispositivos de Periferia Descentralizada que se utilice es el tipo de obra civil a erguir, existiendo a modo de propuesta, tres posibles variantes. Periferia Descentralizada de Mayor Tamao, en la que sobre una estructura de acero de una altura por lo bajo de 5,2 metros se ubicaran Sensores de Proximidad para cada pista, la Pantalla informativa LED, el equipo de Periferia Descentralizada y sus respectivo cableado hasta el viaducto, desde el cual tambin se conecta La Sealtica Dirigible empotrada o adosada en la calzada.

Figura 12.1: Estructura y Periferia Descentralizada Mayor.

Periferia Descentralizada bsica, La cual poseera bajo un prtico u otra estructura de acero los sensores de proximidad para cada pista, conectados a el equipo de Periferia Descentralizada. La altura mnima a considerar tambin correspondera a 5,2 metros desde la calzada.

Figura 12.2: Prtico y Periferia Descentralizada bsica.

Finalmente, gracias a la conectividad Ethernet es posible aadir Seales de Trnsito Dinmicas ms compactas en cualquier punto de la red, idealmente asociado a una Equipo de Periferia Descentralizada. Estos pueden tener formas semejantes a las seales del trnsito, ubicndose en postes a una altura que estara considerada en los 2 metros.

Figura 12.3: Seal de Trnsito Dinmica Compacta.

3.3. Determinacin de VelocidadLos detectores, independientes de su tipo, suministrarn informacin al Controlador y estos procesan informacin de flujo, ubicacin y velocidad de los vehculos. Dichos datos provienen directamente de los sensores de proximidad SIMATIC, dispuestos en prticos cada 250 metros, la velocidad es calculada a partir de dos formas, las que llamaremos aproximada y prctica. En la forma aproximada, la velocidad se determina mediante los datos obtenidos de un sensor usando la teora de flujo de trfico. Esta se define de la siguiente forma:

donde la densidad se obtiene de la ocupacin, mediante:

y g se obtiene de la expresin:

donde K es un factor de conversin.

La forma aproximada supone teoras en base al paso por un solo sensor, de modo que los vehculos que salen de la ruta o se detienen por motivos inherentes al trfico, quedan fuera de medicin. Ante esto se puede determinar de forma mucho ms razonable la velocidad mediante la que llamaremos forma prctica. En esta metodologa suponemos el uso de dos sensores ubicados en una misma pista separados por distancias relativas a los 250 metros. De este modo las estaciones de muestreo relacionarn los vehculos entrantes y salientes del tramo en un intervalo de tiempo determinado, obteniendo as una velocidad calculada a partir del tiempo que el vehculo tarda en recorrer el tramo entre los dos detectores y la distancia predefinida en el sistema. As, una velocidad del flujo vehicular menor a 20 Km/h es a criterio de esta Tesis una velocidad asociada a alto trfico vehicular. Sin embargo, los automviles que salen del intervalo medido hacia otras calles o estacionndose en lugares habilitados implican una prdida en la carga del flujo, por lo cual se debe determinar otros criterios de identificacin de atochamientos.

3.4. Determinacin de AtochamientosAl momento de medir la velocidad de forma prctica, se aprecia la variacin existente en base a las prdidas de carga a causa de los vehculos que salen del espacio de muestro, por lo que se debe considerar una forma diferente para determinar los atochamientos o tacos. A causa de esta necesidad se ve la importancia de haber expuesto los sensores de proximidad de mayores prestaciones, que permiten definir tericamente el atochamiento vehicular. En stos, el sensor de proximidad ultrasnico generara con el paso de un vehculo en su espacio visual, un pulso que dependiendo de su intervalo unitario definirn la densidad y velocidad de vehculos que se desplazan en dicho espacio. A continuacin se muestran criterios de determinacin de atochamientos en base a los pulsos, donde ocupacin significa que el vehculo se encuentra bajo dicho sensor:

Extremo Atochamiento Vehicular (detenido):

Alto Nivel de Atochamiento Vehicular:

Medio Nivel de Atochamiento Vehicular:

Bajo Nivel de Atochamiento Vehicular:

Sin Atochamiento (vaco):

Figuras 13.1: Grficos de pulsos por ocupacin Vehicular.

En los niveles Alto, Medio y Bajo de atochamiento se puede apreciar el paso de tres vehculos en el mismo intervalo de 1 minuto, sin embargo la tasa de ocupacin y desocupacin del espacio bajo el sensor es lo que el controlador debe determinar como nivel de atochamiento.

3.5. Funcionamiento Lgico para tramo de Av. Los LeonesEl funcionamiento lgico de la informacin desplegada en las pantallas depender directamente de la subestacin (Periferia Descentralizada) ms prxima, ubicada en la va con el mismo sentido (Norte a Sur), dichas subestaciones se identifican con nmeros y se ubicaran principalmente en Avenida Los Leones. Tambin se consideran pantallas y Sealtica Dirigible tanto en la misma Avenida Los Leones como en las vas alternativas, las cuales se identifican con Letras Maysculas. Parcialmente slo se consider el desplazamiento de Sur a Norte por Los Leones, utilizando las alternativas Lyon y Luis Thayer Ojeda, ms las calles de desvo.La informacin se encuentra en el mapa a continuacin y la tabla de informacin y derivacin a vas alternativas en la siguiente tabla.

Figura 13.2: Mapa de distribucin de Pantallas/Sealtica y sensores de Sur a Norte por Los Leones.

Figura 13.3: Tabla Sensores Pantallas y mensajes de acuerdo a las condiciones de trfico.

3.6. RedundanciaLa conexin para todo el enlace por Avenida Los Leones corresponder a la Topologa de Anillo Doble evitando el corte del enlace del mismo modo que lo hace la Autopista Vespucio Sur. Se aplica redundancia a nivel de Power supply por poseer equipos UPS que permitirn el funcionamiento por unas horas en caso de corte de suministro elctrico. El sistema presentado abre as posibilidades de control de trfico auxiliar en caso de falla en sistemas de semaforizacin. Existe redundancia a nivel sensores, ya que estos se posicionan en cada pista, por ende, la falla de uno implica que su par en la subestacin contina registrando el trfico.

3.7. Condiciones de FalloEn caso de errores de comunicacin en el enlace, las subestaciones perifricas tendrn preconfigurados los funcionamientos elementales para desplegar informacin de precaucin en la ruta, con indicaciones del tipo trfico medio, conduzca con precaucin. Tambin el sistema permitir desplegar informacin independiente del estado del trfico como por ejemplo, pronsticos de clima.

CAPTULO IV CONCLUSIONES En vista de la gran variedad de posibles mtodos de autorregulacin de trfico, es posible ver que en la teora las mejoras en tiempos de viaje, el menor consumo de combustible y la presencia de un sistema amigable con el conductor, presentara mayor eficiencia en todos los mbitos a considerar en un desplazamiento en automvil. El permitir ante la afluencia a las avenidas, realizar intervenciones bajo la lgica es el mayor logro de implementar una propuesta como esta.Al presentar esta propuesta de autorregulacin de trfico en base a sealtica dinmica a los usuarios que utilizan Avenida Los Leones, estos indicaron en un 82% que confiaran y seguiran las instrucciones que les sean indicadas. Como observacin no considerada en la encuesta de aceptacin, est que el segmento de mayor aceptacin son los jvenes, quienes indicaron confiar bastante en la tecnologa, No as personas mayores, quienes consideran que los desvos pueden tomarle incluso ms tiempo de viaje que si permanecieran en un atochamiento. Las impresiones positivas de este sistema recogidas en base a la encuesta son del tipo me parece favorable si est bien diseado, Funcionaria perfecto bajo gente que respete las indicaciones, Los sistemas electrnicos son ms confiables que los humanos, Sera rpido, Me parece fabuloso, Agilizara los desplazamientos, Mejorara la calidad de vida, Acortara tiempos de viaje, Me parece bueno, Implicara ahorro de combustible, Me da una impresin de ciudad moderna. Por el lado de las impresiones negativas, stas se limitaron no a una desconfianza hacia el sistema, sino que al comportamiento tradicional de los usuarios quienes indicaron por ejemplo que Los desvos pueden tomarme ms tiempo o No suelo ver pantallas informativas, dejando en el discernimiento de los usuarios el tomar o dejar las sugerencias de ruta que el sistema genera, tal como se consider desde un principio.

La configuracin presentada no es en absoluto restrictiva, ya que en la prctica el sistema debe dar cabida a ampliar la red, cambiar rutas de desvo, considerar escalabilidad hacia ms avenidas de la ciudad bajo el mismo sistema de contol. As como alcances del tipo integracin con el sistema de Semforos de Control Dinmico SCOOT para modificar los tiempos de estos en base a las demandas que se generen dentro del sistema.

Es importante sealar la explicita consideracin de sensores e instrumental enfocado a la industria de procesos, que fueron aplicados a un rea poco comn, donde es inevitable relacionar por ejemplo a la calle como una gran banda transportadora y a los vehculos como objetos slidos sensados, abriendo un nicho en el sinnmero de homologaciones que tienen las aplicaciones de control automatizado.

El sistema presentara amplias ventajas y mejoras en un rea que potencialmente se agrava en el tiempo, donde un menor tiempo de viaje al trabajo, a casa y lugares de estudio significa directamente una mejora en la calidad de vida de las personas en la capital.

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Anexos

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