INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SANTIAGO PAPASQUIARO CASA AUTOMATIZADA

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SANTIAGO PAPASQUIARO

CASA AUTOMATIZADA Protocolo de investigación de la materia: TALLER DE INVESTIGACIÓN ‖ Presenta: Omar Rodríguez Zamora Asesor del taller: Doctor Ricardo Gabino Betancourt Sánchez Santiago Papasquiaro, Durango, México, Junio del 2015

INDICE 1. Domótica y sensores. 1.1. Introducción a la domótica 1.2. Sensores 1.2.1. Sensores de temperatura 1.2.2. Detectores de intrusión 1.2.2.1. Sensores de contacto 1.2.2.2. Detector de movimiento 1.2.3. Sensores de luminosidad 1.2.4. Sensores de humedad 1.2.5. Relojes programables. 2. Actuadores 2.1. Electroválvulas 2.2. Contactores 2.3. Relés temporizados 2.4. Telerruptores 2.5. Interruptores horarios 2.6. Reguladores de iluminación 3. Aparatos terminales y los soportes de comunicación 3.1. Aparatos terminales 3.2. Los soportes de comunicación 3.2.1. Corrientes portadoras 3.2.2. Cables específicos 4. Unidades de control 4.1. Sistema x-10 4.2. Simón VIT@ 5. Sistemas domóticos inalámbricos 5.1. Sistema Simon VIS 5.2. Sistema Televés Integra 6. Elección del sistema

Introducción. En el presente trabajo se busca conocer y dar una visión de automatización dirigida al hogar, es decir tratando de la domótica, existen conceptos importantes que hay que conocer para lograr realizar la automatización del hogar y lograr una mejor eficiencia. La automatización en los sistemas eléctricos es un tema que ha existido desde inicios del siglo XX a nivel industrial. Sin embargo, con el paso de los años, se fue convirtiendo cada vez más aceptada dentro de las instalaciones de tipo residencial, naciendo así la idea de un hogar automatizado y de la vivienda domótica. El tema ya se venía viendo por diferentes medios de comunicación como la televisión, internet, revistas, etcétera. Además de que ya no son solamente un lujo, ya que para las personas que padecen de alguna discapacidad les facilita la vida cotidiana. Para este caso no se va a tratar la casa para un discapacitado, más sin embargo se va a dar mucha importancia a la gestión del ahorro de energía.

Para el desarrollo del proyecto se tomó como estudio una casa de la localidad de Santiago Papasquiaro en la dirección de: calle Rio de Janeiro #140 col. Real del Pino donde reside la familia Rodríguez. Se logra reducir el uso innecesario de la luz eléctrica para la iluminación y se logra crear comodidad por la facilidad en que se puede manipular la iluminación. Al mismo tiempo se contribuye a cuidar el medio ambiente, ya que se reduce el desperdicio de la energía. En el jardín se logra tener un buen cuidado con el manejo del riego automatizado utilizando la suficiente agua y no desperdiciando mucha, ayudando así en el cuidado ambiental. En el caso de la automatización de la iluminación se usó sensor de luminosidad, sensores de aproximación y movimiento conectados a reguladores de iluminación y éstos a su vez a una unidad de control para que sean visualizados para tener en cuenta que es lo que está sucediendo. Lo dicho anteriormente en lo que consiste

es en que cuando alguna persona ingrese a una habitación de la casa se active la iluminación y la intensidad de ésta será según la intensidad de luz ya creada en el ambiente natural. Por ejemplo; cuando alguna persona entró a la habitación y la iluminación que entra del exterior es muy buena, sólo se utiliza poca iluminación artificial para complementar la visualización. Por otro lado, el jardín está funcionando de la siguiente manera. Si en el jardín existe la suficiente humedad para la vegetación o flora, no pasará nada. Pero si la humedad es demasiado baja se encienden los aspersores, los cuales riegan hasta que el sensor de humedad detecte que ya es suficiente y la unidad de control da la orden de detener el riego. La desventaja de lo comentado en lo anterior está en que se utilizaron materiales de bajo costo y por lo tanto algunas cosas pueden ser defectuosas o no tienen mucha vida útil.

Actualmente existen diversas formas de convertir un hogar convencional a un hogar domótico, se puede automatizar por etapas, por el capital que a veces es muy costoso automatizar todo, usando tarjetas de adquisición de datos y programar manualmente o comprar kits que están en el mercado, a continuación se va a presentar en rasgo importante de lo comentado. Un importante aspecto de un sistema domótico es que no debería requerir la constante atención del usuario, sobre todo en temas de regulación. Un sistema que regule la temperatura, iluminación u otras variables a lo largo del día y la noche en una sala seguramente ahorre más energía que una persona regulando manualmente; el problema es el mantenimiento del sistema, por eso se trata de diseñar un sistema domótico resistente y de bajo consumo de modo que se permita un mantenimiento menos frecuente. Debido a las características anteriores del sistema domótico, la demanda de este sector está en aumento mientras que estos sistemas inteligentes avanzan en diseño y tecnología. Por ello, la gente de hoy en día busca esta alternativa cómoda para cambiar su vida cotidiana a algo más atractivo y moderno.

Hoy en día existe un gran número de empresas en este sector, y como ejemplo diferente a las que se comentó en el marco teórico, se mostrarán dos ejemplos: SmartThings e INSTEON. 

La empresa SmartThings, que ahora está en auge, ha diseñado una centralita o hub que entiende de varios protocolos inalámbricos como ZigBee o WiFi y también tiene conexión a un servidor de internet. Habilitando

los

electrodomésticos

existentes

para

la

comunicación

inalámbrica, este hub se conecta con los electrodomésticos entre sí en una red inalámbrica para formar el sistema domótica. Esta centralita de la empresa SmartThings conecta automáticamente los sensores y actuadores entre sí, sin necesidad de mucha atención del usuario. Desde internet, la información sobre el entorno llega a dispositivos como smartphones mediante una aplicación. Lo curioso de esta aplicación, es que viene en distintas mini-aplicaciones. Una aplicación que haga parpadear las luces de la casa cuando llega un correo puede resultar una molestia para algunos; por eso, han separado la aplicación en varias para que cada usuario controle y automatice lo que quiera. También, ofrecen la posibilidad de diseñar aplicaciones mediante dispositivos Arduino para crear una comunidad que comparta sus propias aplicaciones. 

La empresa INSTEON vende ya sus electrodomésticos habilitados para la comunicación con su protocolo d comunicación propio, que bien puede ser por wifi o por el cableado eléctrico (powerline communications). La centralita INSTEON es el SmartLinc, que requiere conexión a internet mediante Ethernet a un router. Los dispositivos deben configurarse manualmente para enlazarlos con la centralita. Además, este protocolo se comunica por el cableado eléctrico de la casa (como el protocolo X10) y/o por radiofrecuencia (915 Hz). Por otra parte, los dispositivos están preparados para actuar como repetidores para aumentar el alcance de la red inteligente; y repiten de manera simultánea. Todos los dispositivos tienen su tabla de referencia, luego si se añade un dispositivo a la red se

debe actualizar todos los demás dispositivo, no solo el SmartLinc, lo cual requiere acción por parte del usuario para configurar y organizar la red de forma correcta. No sólo se puede controlar por una aplicación mediante un smartphone, sino que también han desarrollado controladores propios como teclados o pantallas táctiles o convertidores de protocolo de señales infrarrojas a protocolo INSTEON para poder controlar elementos con, por ejemplo, un mando de televisión. El SmartLinc es también compatible con cámaras IP, y estas se pueden visualizar mediante la aplicación. Por último, algunas de las aplicaciones clave de INSTEON son: monitorización del consumo de potencia/energía en vivo, informes sobre el precio de la energía y la respuesta de la demanda. También existen otros protocolos orientados a la domótica como lo son el Z-WAVE y el UPB-UNIVERSAL POWERLINE BUS: 

El protocolo Z-Wave se opera alrededor de los 900MHz, ofreciendo más alcance y evitando interferencias más comunes en la banda de los 2.4GHz. Los dispositivos pueden actuar como repetidores también, constituyendo así una red inalámbrica bastante robusta. Este protocolo se usa en todas las empresas que forman la Z-Wave Alliance (150 aproximadamente). Las empresas que forman esta alianza fabrican sus propios artículos, y ahora las han preparado para formar una red inalámbrica orientada a la domótica. Muchas de estas empresas trabajan entre sí para poder formar una red domótica completa. Un ejemplo importante de estos es Nexia Home Intelligence, que por ejemplo integra los cerrojos automáticos de la empresa Schlage con los termostatos de la empresa Trane en una misma red. La centralita Nexia Bridge requiere conexión por Ethernet para conectarse al servidor, posee dos botones (+ y -) para añadir o excluir un dispositivo de protocolo Z-Wave a la red. Si se necesita añadir una cámara se presiona el botón de + y un botón en la cámara para integrar la cámara a la red. Mediante una página web o una aplicación se puede controlar todos los elementos de la red a través del Nexia Bridge. Dispone de una aplicación

que monitoriza el consumo y los costes de ello de todos los dispositivos ZWave conectados en la misma red. Es capaz de detectar consumos anormalmente excesivos y avisar al usuario para que lo ajuste si fuera necesario. 

El protocolo UPB es una tecnología que usa el cableado de potencia actual para mandar señales que controlan luces y cargas eléctricas desde cualquier sitio dentro o fuera de la casa. Es barato ya que no necesita nuevos cables y es una solución fiable. Es básicamente un protocolo X10 mejorado en gran medida. Se basa en mandar pulsos determinados de 4KHz a 40KHz que viajan por la red eléctrica de la casa, y los dispositivos que entiendan de este protocolo pueden extraer información del cableado eléctrico del hogar. Su probabilidad es casi nula de fallo, ya que no tiene obstáculos o interferencias que atravesar como los protocolos inalámbricos. Es necesario un software (Upstart) para controlar esta red desde un ordenador y un convertidor para enlazar el PC con la red eléctrica (por un puerto serie o por un puerto USB). También hay otra alternativa que es una centralita (RUC – Remote Universal Controller) que requiere conexión a Ethernet y un adaptador de puerto serie para enlazar el RUC con la red eléctrica. Mediante un navegador de internet o aplicaciones para smartphones se puede controlar la red UPB de manera remota. RUC entiende el protocolo INSTEON y Z-Wave ya mencionados.

La gran mayoría de las empresas del sector de la domótica se han fundado en Estados Unidos, donde la domótica es un sector más fuerte; y éstas se han internacionalizado después. Por eso, en otros países apenas se pueden encontrar anuncios y ofertas provenientes de empresas de domótica. En México la una de las empresas más importantes para sistemas de casas inteligentes es Bticino México, que en el 2013 lanza al mercado su nueva oferta de casa inteligente inalámbrico. El sistema inalámbrico, con tecnología zigbee, se instala de forma más económica y sencilla y cuenta con un alcance de alrededor de unos 15 metros que atraviesa

pisos y paredes y se puede seguir ampliando. Este nuevo sistema sin embargo tiene la desventaja que no cubre la cantidad de funciones que puede obtenerse con un sistema convencional de domótica. A continuación se muestra el mapa conceptual para explicar a rasgos generales lo que se pretende con el actual proyecto.-

Figura 1.- Mapa conceptual de planeación general

En el siguiente cronograma de actividades se muestra la planeación de la fecha de agosto del 2014 a abril del 2015

Figura 2.- Cronograma de actividades

La siguiente hipótesis se planteó con los conocimientos que se tiene hasta el momento Con la propuesta del diseño de automatización del riego e iluminación de la casa se gestionará el ahorro energético y económico de agua potable y luz eléctrica además de comodidad en el manejo de los mismos. Con lo previsto anteriormente se llegó a la hipótesis alterna que se muestra enseguida Ayudará al hogar a no desperdiciar los recursos de energía eléctrica y agua potable ayudando a reducir el impacto de la contaminación ambiental Una vez teniendo las dos anteriores hipótesis se planteó el siguiente objetivo Conocer y analizar los diferentes componentes, la función y cómo realizar una instalación domótica dirigido hacia el hogar de la familia Rodríguez Zamora ubicado en la colonia Real del Pino, de manera que se logre ahorrar energía eléctrica mediante la iluminación de las habitaciones, además de controlar el riego del jardín de manera automatizada para sólo gastar la suficiente agua y obtener comodidad en ambos casos. Después de obtener el objetivo general, los objetivos específicos serían los siguientes:  Conocer diferentes tipos de sensores, actuadores y aparatos terminales que se involucren en el control de iluminación y riego.  Conocer y analizar cómo funcionan diferentes unidades de control y los sistemas domóticos inalámbricos  Conocer la manera de implementación de diferentes componentes a una casa común para su automatización.

Justificación.-

La investigación del proyecto de la casa domótica surge con la idea de mejorar la comodidad, confort, seguridad y la gestión de ahorro de recursos dentro de la casa. El tema ya se venía viendo por diferentes medios de comunicación como la televisión, internet, revistas, etcétera. Además de que ya no son solamente un lujo, ya que para las personas que padecen de alguna discapacidad les facilita la vida cotidiana, como se había mencionado anteriormente. Para este caso no se va a tratar la casa para un discapacitado, más sin embargo se va a dar mucha importancia a la gestión del ahorro de energía. Esta investigación se realiza porque se espera aprender mucho acerca de sensores, programación y cómo diseñar los sistemas de control, ya que en estos días la automatización es muy importante para la industria ya que facilita las cosas. También se desea conocer sobre los diferentes componentes que existen para la automatización, de qué manera funcionan básicamente y la compatibilidad entre éstos. Muchas veces algunos sensores no son compatibles con los sistemas de control o los actuadores, esto va dependiendo de la empresa fabricante. El proyecto no se espera llegar muy lejos por lo pronto, como se dijo anteriormente se desea conocer, pero al lograr llegar a un prototipo, será de gran importancia para la sociedad de la comunidad donde se está desarrollando, por el motivo de que últimamente los precios han estado a la alza y ahorrar un poco a veces resulta de mucha importancia, además de que se quiere diseñar para cuidar lo mejor posible el medio ambiente. En ocasiones, el concepto de una casa inteligente o domótica 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 socioeconómicos. Si bien esta tecnología no es barata, la gente puede automatizar su hogar poco a poco, empezando, por ejemplo, con la iluminación. Existen productos que buscan economizar diferentes áreas, por ejemplo la electricidad o el gas. Para este caso se buscan algunos beneficios fundamentales, como lo es en el ahorro económico y a nivel energético, en ambas cosas están fuertemente

vinculadas. En este sentido, la gestión tarifaria de sistemas y conjuntos podrá ser controlada de modo que la factura no sea tan intimidante a fin de mes como regularmente se debe de hacer. La instalación pudiera ser muy económica tanto en viviendas nuevas como en viviendas antiguas, pues se puede aprovechar la red eléctrica y las tecnologías sin cables como medio de transmisión. Además la oferta domótica se amplía cada día que pasa ofreciendo productos de más calidad, más fáciles de utilizar y a unos precios más al alcance que en años anteriores. La domótica también permite que todos los sistemas inteligentes puedan ser controlados por medio de redes desde dentro y fuera del hogar.

1. Domótica Existen muchas definiciones acerca del concepto y de la palabra domótica. Entendiendo por los términos, domus (casa en latín) y automatique (que indica automatización), se podría decir que trata de viviendas automatizadas, tecnología aplicada al hogar, o viviendas inteligentes. “Si se quiere precisar un poco más se podría decir que una vivienda domótica es aquella que permite integrar y comunicar interactivamente todas las funciones y automatizaciones de la misma y que permite al usuario final interactuar con el sistema de forma sencilla.”1 1.1.

Introducción a la domótica.

La domótica no limita su campo de actuación a las viviendas, sino que se extiende a otro tipo de edificaciones. Desde esta perspectiva, hacer notar la diferencia que existe entre la implementación de un sistema domótico en una vivienda familiar, en un edificio o en una ciudad. Así aparecen nuevos términos como inmótica (para el sector terciario como oficinas, hoteles, etc.) y urbótica (para las ciudades o edificios inteligentes). Para una instalación convencional el usuario se conformaba solamente con iluminarse, calentarse y disponer de puntos de acceso para poder conectar el material eléctrico. En estas condiciones los requisitos eléctricos normativos, se limitaban a proteger las líneas y a las personas contra los riesgos eléctricos. Con el transcurso de los años se han ido añadiendo nuevas necesidades relacionadas con el confort y la mejor gestión de la energía, entre otras. Para poder cubrir estas demandas, han ido apareciendo en el mercado aparatos que

1

RODRÍGUEZ, Antonio. Instalaciones Domóticas. Primera Edición. España: ediciones técnicas.

p. 7

permiten aplicaciones más específicas como programar la calefacción, regular la temperatura ambiental, regular la iluminación, conectar una alarma, etc. Con la incorporación de estos nuevos aparatos aparece también instalaciones más complejas debido a mayor densidad de cables, entre otras cosas, dado que cada aparato funcionaba independientemente el resto, lo cual se traducía en largas y costosas intervenciones por parte del instalador eléctrico, del albañil, y otros. Para el nuevo problema se requería una respuesta tecnológica que fuera capaz de: 

Disminuir el cableado



Aumentar la flexibilidad que comporte una fácil ampliación y/o configuración del sistema.



Integrar los servicios y las instalaciones en un solo sistema, facilitando la comunicación e interacción entre ellos.

Con los avances en los microprocesadores y la relación de la informática y las telecomunicaciones aparecen nuevas tecnologías en la automatización de las instalaciones eléctricas de viviendas y edificios. Estas soluciones tecnológicas se han configurado con características esenciales que requiere un sistema domótico: 

Sencillez y fiabilidad.



Flexibilidad y modularidad.



Facilidad de ampliación.



Estandarización.



Sin mantenimiento.



No alterar el estilo de vida del usuario

Además, en contra de lo que en un principio pueda parecer, los costos de una instalación domótica, a partir de su funcionalidad, son inferiores a los que requiere una instalación convencional.

Un sistema domótico proporciona una serie de funciones y ventajas que se pueden agrupar en cuatro grandes áreas: 

Área de seguridad.



Área de confortabilidad.



Área de gestión de la energía



Área de comunicaciones.

Es importante decir que un sistema estrictamente domótico es aquel que incide en estas cuatro áreas y que permite la interacción entre ellas, aunque muchas veces el usuario final sólo necesita cubrir alguna de estas áreas muy concreta.  Área de seguridad. Las funciones en la parte de seguridad que nos permite un sistema domótico son muchos. Dependiendo del tipo de sensor utilizado, se podría, entre otras funciones: 

Activar una alarma mediante un sensor de presencia o contacto.



Detectar una fuga de gas o un escape de agua y detener automáticamente el suministro a través de una electroválvula.



Activar o desactivar a voluntad la toma de corriente para evitar accidentes fortuitos con los más pequeños.



Programar y activar funciones de situación de presencia para cuando estamos ausentes.



Programar sistemas de seguridad para personas mayores, discapacitados o enfermos. Por ejemplo, existen los servicios de teleasistencia, a través de los cuales las personas que llevan encima un aparato con pulsador de radiofrecuencia, al activarlos acceden a servicios de emergencia médica, policía, etc.

 Área de confortabilidad.

Con un sistema domótico se puede tener el control de la instalación eléctrica, pudiendo activar o desactivar las funciones programadas desde cualquier elemento de control o por teléfono. De esta manera podemos, entre otras cosas: 

Controlar y programar el funcionamiento de los electrodomésticos.



Programar o activar el sistema de riego.



Controlar la iluminación de la vivienda.



Programar y controlar automáticamente la temperatura de la vivienda (calefacción o refrigeración)



Programar la subida y bajada de persianas y toldos en función del horario o la evolución de las condiciones meteorológicas.

Además, siempre se pudiera reprogramar todas estas funciones de manera rápida y sencilla.  Área de ahorro energético. Un sistema domótico permite atender cada zona, programando los diferentes dispositivos de acuerdo a las necesidades y los horarios más adecuados, se podría obtener de la instalación el máximo rendimiento energético y económico. Así por ejemplo, se puede aprovechar al máximo la tarifa nocturna mediante una adecuada programación de funciones o programar la climatización según los horarios y épocas del año, consiguiendo así un ahorro energético.  Área de comunicaciones. Para un buen control de las diferentes funciones del hogar se requiere disponer de un sistema de comunicación ágil que lo pueda permitir. El mando a distancia, el ordenador y, sobre todo, el teléfono móvil son algunos de los dispositivos que permiten esta versatilidad. De esta manera se podría, por ejemplo, conectar la calefacción desde nuestro teléfono móvil antes de salir de la oficina, para que al llegar dispongamos de una temperatura adecuada; bajar persianas, porque

amenaza tormenta, o consultar el estado de los diferentes dispositivos de la vivienda. Disponer del sistema de información y control de los datos de todos los dispositivos a distancia supone una garantía de confort, seguridad y ahorro energético en todo momento. Los diferentes elementos que forman un sistema domótico, por sí solos, tienen una capacidad de acción limitada. Por lo tanto, vamos a necesitar un sistema de control para que estos elementos realicen las tareas de una forma coordinada, racional y efectiva. Los sistemas de control son aquellos sistemas capaces de recoger información proveniente de unas entradas (sensores o mandos), procesarla y emitir órdenes a unos actuadores o salidas, con el objetivo de conseguir confort, gestión de la energía o la protección de personas, animales y bienes. Los sistemas de control se clasifican según sea la configuración empleada en los sistemas de control, para implementar sus funciones, se pueden diferenciar entre sistemas centralizados, sistemas descentralizados y sistemas distribuidos. También es muy importante el tipo de red, ya que es la forma de interconectar todos los elementos o equipos (controladores, sensores, etc.) a la red. Los principales tipos de red o interconexión de nodos son: estrella, anillo, bus, árbol, y malla. Los nodos se conectan a un bus, que normalmente los alimenta a su tensión de funcionamiento y también es utilizado para comunicarse entre ellos. Otro factor que se debe tratar es el protocolo de comunicación, que es el idioma o formato de los mensajes que los diferentes elementos de control del sistema deben utilizar para entenderse unos con otros y que permiten el cambio de información de una manera coherente. Un sistema domótico se caracteriza por el protocolo de comunicación que utiliza. Entre los protocolos existentes podemos realizar una primera clasificación, atendiendo a su estandarización, entre protocolos estándar y protocolos propietarios.



Protocolos estándar. Estos protocolos son los que, de alguna manera, son utilizados ampliamente por diferentes empresas y éstas fabrican productos que son compatibles entre sí.



Protocolos propietarios. Son aquellos protocolos desarrollados por una empresa, que sólo ella fabrica. Estos productos son capaces de comunicarse entre sí, pero no es posible utilizar componentes de otros fabricantes.

1.2. Sensores “Los sensores son los dispositivos encargados de captar cualquier tipo de cambio físico que se pueda dar en la vivienda, y transmitir la información a la unidad de control, para que ésta actúe en consecuencia”2. Los sensores se pueden clasificar en detectores binarios y sensores analógicos, aunque hay algunos sensores que se podrían agrupar en ambas clases. Los detectores binarios se encargan de detectar la presencia o ausencia de un fenómeno. Disponen solamente de dos posibilidades: abierto-cerrado, activadodesactivado (on-off). La mayoría de detectores binarios presentan un contacto libre de potencial que se cierra o se abre según el parámetro detectado. Algunos de los detectores más habituales son los termostatos, los detectores de gas, detectores de incendios, etc. Los sensores analógicos son aquellos dispositivos que en su salida tienen una magnitud y el valor puede cambiar entre los márgenes de medida. Los más importantes son los sensores de temperatura, de humedad, de luminosidad exterior, de viento, etc. Los sistemas domóticos utilizan los sensores para conocer el estado de ciertos parámetros, como el escape de agua, la temperatura de una habitación, etc. Puede ser que alguno de los sensores pertenezca a más de un área de aplicación.

2

Ibídem p.15

1.2.1. Sensor de temperatura El sensor de temperatura es un sensor destinado a influir en un sistema de calefacción y/o refrigeración de un lugar para unos determinados valores de temperatura. Los termostatos están basados en un elemento bimetálico (son los sensores de temperatura todo/nada) ubicado en su interior, de forma que al llegar a una temperatura, éste se deforma accionando un contacto libre de potencial. Provoca la conexión o desconexión, como ejemplo, la calefacción. Los sensores de temperatura están basados en un termistor. El termistor es un componente electrónico que varía su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Básicamente se encuentran dos tipos: el NTC y el PTC. 

Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient). Es una resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura.



Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient). Es una resistencia variable cuyo valor va aumentando a medida que aumenta la temperatura.

Según la finalidad que se persigue, se diferencia varios tipos de sensores de temperatura: 

Sensores de temperatura interior, cuya función es medir únicamente la temperatura de la estancia.



Sensores de temperatura exterior, destinados a optimizar el funcionamiento de la calefacción.



Sondas de temperatura para gestión de calefacción. Éstas son necesarias para el control correcto de diferentes tipos de calefacción, por ejemplo, suelo radiante.

1.2.2. Detectores de intrusión Los detectores de intrusión se utilizan sobre todo para la vigilancia de locales interiores. Se trata de un campo muy extenso en cuanto a la tipología de sensores.

Para este caso en especial se tomarán en cuenta dos de los más importantes: sensores de contacto y los detectores de movimiento. 1.2.2.1.

Sensores de contacto

Los sensores de contacto son apropiados para la vigilancia de puertas y ventanas de un edificio. Si, por ejemplo, el sensor de una puerta está conectado y la puerta se abre, se acciona una alarma. En esto se destaca los efectos hall y reed switch. 

Efecto hall. Este efecto detecta la presencia de un campo magnético sobre una de sus caras. Funcionan con tensión de alimentación de entre 10 a 30 v. y corriente de salida menor o igual que 50 mA.



Efecto reed switch. Se basa en el efecto que provoca un campo magnético en unos cuantos metálicos introducidos en un tubo de vidrio. A los contactos, construidos con materiales magnéticos, se unen o se separan en función de la presencia o no de un campo magnético exterior, por ejemplo, la proximidad de un imán permanente. Son muy baratos, pero tienen vida útil porque se magnetizan.

1.2.2.2

Detectores de movimiento

Se trata de elementos que transmiten y reciben radiaciones que accionan unos dispositivos cuando hay variaciones en las señales. Estos detectores pueden actuar por ultrasonidos, microondas e infrarrojos. Los infrarrojos detectan movimientos en función de cambios de temperatura, pero su alcance es muy limitado. Por el contrario, los de tecnología de microondas disponen de un mayor alcance, incluso traspasan paredes entre estancias, motivo por el que no es muy utilizado en viviendas, dado que movimientos en viviendas contiguas podrían afectar a la detección en la propia vivienda. Los ultrasónicos permiten detectar movimiento, basándose en el efecto Doppler, que hace que varíe la frecuencia de la onda ultrasónica al rebotar en el objeto en movimiento. Es muy utilizada en los sensores volumétricos, pero tiene un alcance de muy pocos metros y problemas de reflexión y refracción.

Todos los detectores de movimiento llevan unos potenciómetros para el ajuste, tanto de la intensidad de energía infrarroja ambiental como de la temporización de activación. “Al tratarse de sensores de movimiento, hay que buscar su mejor ubicación para asegurar una máxima cobertura en la estancia donde esté instalado”3. Para evitar falsas alarmas, también debe estar al amparo de cualquier fuente de calor (rejillas de calefacción, etc.), ya que en su gran mayoría funcionan detectando cambios de temperatura. Para cubrir diferentes zonas de detección, pueden instalarse aparatos en paralelo con conexión a una misma carga. Los sistemas de seguridad suelen disponer de una protección para la detección de cualquier corte del cable o abertura del detector. Los sistemas utilizados en alguna vivienda pueden llevar estos elementos de protección o no, dependiendo de la utilidad que se les dé. Por ejemplo, para la gestión del confort, si un sensor detecta a una persona en una estancia, acciona el encendido de la luz y la calefacción; en este caso no haría falta la función de sistema de seguridad. 1.2.3 Sensores de luminosidad “Un sensor de luminosidad transforma una intensidad de luz en una señal eléctrica, esta señal eléctrica puede ser una corriente, un voltaje, una frecuencia, entre otros”4. Estos sensores son dispositivos que detectan la intensidad luminosa incidente. Existen dos tecnologías de sensores de luminosidad: 

Los sensores que utilizan resistencias dependientes de la luz (Light Dependent Resistors, LDR); la resistencia aumenta cuando decrece la luminosidad.

3

Idem p.19

4

SOLÍS Solórzano, Ramsés. “Automatización del sistema eléctrico de una vivienda

S/F.eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb2013/pb2013_008.pdf. p.18

familiar”



Los sensores que utilizan fototransistores o fotodiodos, son elementos semiconductores que suministran una pequeña corriente cuando la luz incide en el dispositivo. Están basados en el efecto fotoeléctrico.

Estos sensores tienen unos potenciómetros que permiten ajustar la intensidad de la luz (por ejemplo entre 20 y 60 kLux). Es frecuente encontrarse este tipo de detectores junto a los de viento, sobre todo para el control de toldos. Por ejemplo, cuando la intensidad de la luz excede el nivel programado, los sensores informan al controlador y éste activa la orden de bajar el toldo. 1.2.3. Sensores de humedad 

Psicometría por bulbo húmedo/bulbo seco.

No existe una tecnología de medición que sea apropiada para todas las aplicaciones, las mediciones de humedad relativa pueden ser hechas por sensores basados en: psicometría, deformación, resistivos, capacitivos y algunos otros tipos para aplicaciones más específicas. La psicometría desde hace tiempo es uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad debido a su simplicidad e inherente bajo costo. Un psicómetro industrial típico consta de un par de termómetros eléctricos o de líquido en vidrios acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona, la evaporación del agua enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza su máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termómetros en una tabla psicométrica o mediante cálculos. El psicómetro provee una alta exactitud en las proximidades del punto de saturación y es fácil de operar y reparar, por otra parte a baja humedad relativa el desempeño es pobre y el mantenimiento debe intensificarse. No puede utilizarse a

temperaturas menores de 0°C y, siendo el propio psicómetro una fuente de humedad, no puede utilizarse en ambientes pequeños o cerrados. 

Sensor por condensación

El punto de rocío es una variable que permite encontrar la humedad relativa; para lograr esta medición se utiliza un dispositivo llamado comúnmente higrómetro óptico de espejo frío, y funciona de la siguiente manera:

Figura 3.- Sensor de humedad por condensación Se hace circular la mezcla gaseosa por una cámara provista en su interior de un espejo (2). El cual o puede ser enfriado o calentado por un equipo de refrigeración (3) o calefactor (1) respectivamente, con la finalidad de poder lograr que el vapor se condense en el espejo o el agua se evapore del espejo, el cual refleja un haz de hacia una foto-resistencia (5a). La luz también incide en una segunda fotoresistencia (5b) en forma directa. Se tiene entonces una medición de la intensidad luminosa real (5b), y una distorsionada según la cantidad de condensación presente en el espejo (5a), la diferencia entre ambas es amplificada y sirve de actuación sobre el regulador de potencia que controla el calefactor. En resumen, es un lazo cerrado de control que logra temperar la superficie del espejo hasta llegar al punto de rocío, basta medir el valor de la temperatura superficial y acudir a algunas ecuaciones, tablas o gráficos psicométricos para obtener %HR.



Sensores mecánicos (por absorción o deformación)

La idea de este tipo de sensores, es aprovechar los cambios en las dimensiones que sufren ciertos tipos de materiales en la presencia de la humedad. Los más afectados son las fibras orgánicas como por ejemplo el cabello humano, pelo de animal, made4ra y papel; así como fibras sintéticas como el nylon. Al aumentar la humedad relativa, las fibras aumentan de tamaño, es decir, se alargan. Luego esta deformación debe ser aplicada de alguna manera (por palancas mecánicas, o circuitos electrónicos), y debe ser graduada de acuerdo a la proporcionalidad con la humedad relativa.

Figura 4.- Sensor de humedad de fibra de cabello El error de medición de este tipo de sensores se especifica de 3%HR, y su ventaja radica principalmente en que es fácil de reproducir, sin embargo, es poco robusto y no es de gran utilidad en aplicaciones industriales, su intervalo de operación es de humedades relativas entre 15 y 95 %HR, a temperatura ambiente entre los -20 y 70°C. Uno de los requisitos para lograr una medición más confiable, es que el aire circule a una velocidad de 3 m/s a través del sensor de deformación formado por una tira de madera, papel o plástico sobre una tira metálica, enrollados en forma espiral o helicoidal.

Figura 5.- Sensor de humedad por absorción o deformación  Los

Sensores capacitivos. sensores

capacitivos

(polímero

orgánico

capacitivo)

son

diseñados

normalmente con platos paralelos con electrodos porosos o con filamentos entrelazados en el sustrato. El material dieléctrico absorbe o elimina vapor de agua del ambiente con los cambios del nivel de humedad. Los cambios resultantes en la constante dieléctrica causa una variación en el valor de la capacitancia del dispositivo por lo que resulta una impedancia que varía con la humedad. Un cambio en la constante dieléctrica de aproximadamente el 30% corresponde a una variación de 0 a 100%HR en la humedad relativa. El material del sensor es muy delgado para alcanzar grandes cambios en la señal con la humedad. Esto permite al vapor de agua entrar y salir fácilmente y el secado rápido para la sencilla calibración del sensor. Este tipo de sensor es especialmente apropiado para ambiente de alta temperatura porque el coeficiente de temperatura es bajo y el polímero dieléctrico puede soportar altas temperaturas. Los sensores capacitivos son también apropiados para aplicaciones que requieran un alto grado de sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde proveen una respuesta relativamente rápida. A valores de humedad superiores al 85 %HR sin embargo, el sensor tiene una tendencia a saturar y se transforma en no lineal.



Sensor de temperatura y humedad integrado

La fabricación de dispositivos industriales, permite la integración de un chip, del sensor y la parte del proceso electrónico de la señal, también asegura la confiabilidad más alta y la estabilidad a largo plazo excelente. Este sensor permite la toma de los valores de: temperatura y humedad del medio ambiente, básicamente son sensores capacitivos para la medición de humedad y termistores para la temperatura.

Figura 6.- Sensor integrado 

Sensor de bloque de polímero resistivo.

Están compuestos de un sustrato cerámico aislante sobre el cual se deposita una rejilla de electrodos. Estos electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad embebida en una resina (polímero). La resina se recubre entonces con una capa protectora permeable al vapor de agua. A medida que la humedad pasa por la capa de protección, el polímero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente, altera la impedancia del sensor, se mide y es usada para calcular el porcentaje de humedad relativa.

Por su misma estructura este tipo de sensores son relativamente inmunes a la contaminación superficial ya que no afecta su exactitud aunque si el tiempo de respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de resistencia del sensor a niveles de humedad menores que 20 %HR es apropiado para los intervalos altos de humedad.

Figura 7.- Sensor resistivo 1.2.4 Relojes programadores “Se trata de un programador capaz de transmitir diferentes direcciones de grupo al bus en función de una programación temporal pueden ser diarios, semanales o anuales. Con la adecuada parametrización, este dispositivo es capaz tanto de enviar como de recibir la fecha y hora a través del bus”5

5

RODRÍGUEZ, Antonio, Op. Cit. p. 112

Figura 8.- Reloj programador

2. Actuadores “El actuador es el dispositivo encargado de realizar la acción de las órdenes dictadas por la unidad de control.”6 “Los actuadores son, (…), para tratar de llevar mediante cambios en la variable manipulada la variable controlada a su valor deseado.”7 Ejemplos de actuadores son las electroválvulas (para el suministro de agua, gas, etcétera.), sirenas de alarma, reguladores de luz, etc. Los actuadores se clasifican en binarios (digitales) y analógicos en función del tipo de actuación que llevará a cabo. 

Los actuadores binarios permiten la conexión-desconexión de los elementos terminales. Algunos de ellos son las electroválvulas de corte de suministro, contactores, relés, etc.



Los actuadores analógicos permiten regular los elementos terminales. Válvulas para la zonificación de la calefacción, reguladores de intensidad luminosa, etc., son algunos de los actuadores de este tipo.

6

Id p.21

7

SOLÍS Solórzano, Ramsés, Op. Cit. P. 12

En cuanto al mantenimiento de los actuadores, es recomendable provocar que se

activen

las alarmas periódicamente para

comprobar su

correcto

funcionamiento. 2.1.

Electroválvulas

La misión principal de una electroválvula es la de abrir o cerrar el paso de un fluido (gas o agua). Hay dos tipos de electroválvulas existentes en el mercado: normalmente abierta y normalmente cerrada. 

La característica normalmente abierta significa que sin tensión eléctrica pasa el suministro de agua o gas. Es decir, la electroválvula sólo corta el paso del fluido cuando es alimentada con tensión. Se recomienda utilizar este tipo de válvulas, siempre que la seguridad lo permita, por dos razones distintas: 

Porque permite disponer de un elemento cuyo estado habitual es sin tensión, estando solamente bajo tensión en caso de necesidad. De esta manera se reduce el consumo eléctrico de la aplicación y se alarga la vida útil de la electroválvula.



Porque permite asegurar el suministro de agua o gas en la vivienda si se produce un corte en el suministro eléctrico.



La característica normalmente cerrada indica que con tensión eléctrica no pasa el suministro de agua o gas. Es decir, la electroválvula sólo corta el paso del fluido cuando no es alimentada con tensión.

La electroválvula se tiene que colocar en el interior de la vivienda después de la llave de paso principal, lo más cerca posible de ésta y en un lugar accesible para el usuario. La llave de paso deberá estar siempre antes que la electroválvula, para poder cerrar el paso de agua o gas en la vivienda y facilitar así su manipulación, mantenimiento o sustitución. En casos extremos podría ser conveniente la instalación de un by-pass. Como medida preventiva en el caso de electroválvulas para el control de agua, se aconseja efectuar la instalación de un filtro de agua justo antes de la

electroválvula, para evitar que las impurezas presentes en la red de distribución (arenilla, cal, partículas diversas, etc.) dañen la membrana de la electroválvula.

Figura 9.- Diagrama interno de electroválvulas 2.2.

Contactores

El contactor es un aparato de conexión-desconexión con una sola posición de reposo y gobernado a distancia, que vuelve a su posición de desconexión cuando deja de actuar sobre él la fuerza que lo mantenía conectado. Hay diferentes tipos, pero nos centraremos en los de tipo electromagnético, que son los más empleados en instalaciones eléctricas. Estos contactores, por el accionamiento de un electroimán, pueden ser considerados como unos interruptores accionados eléctricamente. Por ejemplo, disponemos de un motor trifásico de corriente alterna para accionar una puerta de entrada a un parking. Cuando alguien necesita dejar el coche en el parking, acciona generalmente un interruptor con llave o tarjeta, que transmite una señal al sistema de control y da la orden al contactor para que abra la puerta o la cierre. Generalmente se le añade algún detector de presencia para evitar que se cierre la puerta cuando pase el coche.

Los contactores están constituidos básicamente por un circuito magnético y contactos. El circuito magnético está formado por el núcleo, armadura y bobina. El núcleo es una pieza de chapa magnética, si el contactor es de corriente alterna, o de hierro dulce, si es de corriente continua. Está situado en el interior de la bobina y es el encargado de atraer la armadura cuando ésta se excita La armadura está constituida del mismo material que el núcleo y transmite el movimiento a los contactos cuando es atraída por el núcleo. La bobina es un carrete de espiras de hilo esmaltado que, al ser recorrida por la corriente, crea un campo magnético en el núcleo. Los contactos son los encargados de la conexión y desconexión. Existen dos tipos de contactos: los contactos principales y los auxiliares. Los contactos principales actúan en el circuito de potencia o circuito que está comunicado con el actuador Los contactos auxiliares actúan en el circuito lógico de mando, es decir, en el circuito donde están integradas las entradas, como pulsadores o detectores, y desembocan en la bobina del contactor. El funcionamiento consiste en que al ser recorrida por la corriente, la bobina crea un campo magnético en el núcleo que atrae la armadura y ésta en su movimiento de atracción hacia el núcleo, desplaza los contactos principales provocando la conexión o desconexión del motor. También desplaza los contactos auxiliares provocando la conexión o desconexión de la parte de mando, como por ejemplo la realimentación del contactor.

Figura 10.- Símbolo y funcionamiento del contactor 2.3.

Relés temporizados

El relé es un aparato de conexión-desconexión con una sola posición de reposo, y gobernado a distancia, que vuelve a la posición desconectado cuando deja de actuar sobre él la fuerza que lo mantenía conectado. Es muy parecido al contactor, pero sin los contactos principales. En la instalación de relés de maniobra es necesario asegurar que éstos no produzcan importantes picos de corriente y que su potencial admisible esté acorde con las especificaciones del equipo doméstico que se ha de controlar. Por ejemplo, cuando se acciona la alarma de gas, el relé acciona una señal sonora intermitente y/o acciona la electroválvula para que corte el suministro de gas. Los relés temporizados o temporizadores son elementos de mando que se encargan de retardar o mantener la apertura o el cierre de un contacto durante un tiempo determinado previamente. Existen tres tipos básicos de temporización:



Retardo a la conexión. Los contactos cambian de posición después de un tiempo de la conexión de su órgano de mando.



Retardo a la desconexión. Los contactos cambian de posición después de un tiempo de la desconexión de su órgano de mando.



Retardo a la conexión-desconexión. Es una combinación de los dos tipos anteriores.

Por ejemplo, cuando entramos por una puerta automática el sistema nos tiene que dar tiempo para poder atravesarla sin que ésta se cierre. Esto lo conseguimos mediante un relé temporizado.

Figura 11.- Tipos de relés temporizados 2.4.

Telerruptores

“Son interruptores controlados a distancia por un sistema electromagnético (relé), con un enclavamiento mecánico. En su versión más simple y más habitual consiste en un dispositivo de cuatro bornes: dos para el mando y los otros dos para un contacto libre de potencia.”8 Su funcionamiento es el siguiente: al recibir un impulso eléctrico, la bobina del electroimán hace que los contactos cambien de posición y permanezcan en esta posición, debido al enclavamiento mecánico, hasta que la bobina vuelva a recibir un nuevo impulso. Si los contactos están abiertos, al recibir un impulso eléctrico 8

RODRÍGUEZ, Antonio, Op. Cit. p.24

pasan a la posición de cerrados y con un nuevo impulso vuelven a la posición de abiertos. Una de las aplicaciones más interesantes del telerruptor es la conmutación de varios puntos, lo que hace que le saque ventaja a los conmutadores en simplicidad y seguridad.

Figura 12.- Tipos de telerruptores 2.5.

Interruptores horarios.

Los interruptores horarios son dispositivos que permiten conectar o desconectar una carga a una hora previamente programada. Básicamente se pueden dividir en interruptores horarios analógicos e interruptores horarios digitales. Algunos de este último pueden programar un horario determinado en un día cualquiera del año; incluso pueden realizar el cambio horario de forma automática. Estos dispositivos permiten realizar varios programas diferentes. Los interruptores horarios digitales de la nueva generación tienen funciones más variadas que los anteriores aparatos y son más fáciles de manejar, gracias a sus mejores posibilidades. Encuentran aplicación en la maniobra de instalaciones o partes de instalaciones o para funciones como: instalaciones de irrigación,

invernaderos, jardines, piscinas, instalaciones de filtraje, automatismos para toldos, timbres de descanso, toque de campanas, iluminación de escaparates, anuncios luminosos, iluminación de instalaciones deportivas, sistemas de control de semáforos, iluminación de calles, señales indicativas iluminadas, iluminación de oficinas, iluminación de escaleras de edificios y accesos, iluminación de edificios, precalentamiento de hornos industriales, máquinas de inyección, hornos de cocer, sistemas de calefacción, sistemas de aire acondicionado, ventiladores y sistemas de aireación, bombas de calefacción y de circulación, saunas.

Figura 13.- Diferentes Tipos de interruptores horarios 2.6.

Reguladores de iluminación.

“Funcionan para el encendido y el apagado de un grupo de luces y, además, pueden graduar la luminosidad de la misma con la finalidad de crear diversos ambientes. Existe la posibilidad de mandarlo a distancia. Su principio de funcionamiento se basa en tiristores o rectificadores controlados de silicio.”9

9

Ibidem p.24

Figura 14.- Regulador de iluminación 3. Aparatos terminales y soportes de comunicación 3.1.

Aparatos terminales

Los más importantes son los visualizadores y los avisadores: 

Los visualizadores son dispositivos que nos ofrecen información sobre el estado de alguna parte del proceso o del sistema de control. Pueden presentarse en forma de dígitos numéricos en pantallas o displays de cristal líquido (LCD), indicadores luminosos (LED), pantallas de rayos catódicos, etc.

Figura 15.- Visualizador 

En algunos de ellos no solamente visualizamos la información, sino que podemos dar órdenes, por ejemplo cerrar las persianas de una vivienda, encender la calefacción, etc.



Los avisadores acústicos y/o luminosos nos alertan cuando se produce situaciones para las que están programados, por ejemplo, las alarmas. Pueden ser timbres, sirenas, sintetizadores de voz, lámparas, pilotos, etc.

3.2.

Los soportes de comunicación

Los soportes de comunicación son los medios a través de los cuales se transmiten las señales en los sistemas domóticos. El apartado 3 de la norma ITC-BT 51, del REBT, nos dice que los sistemas de automatización, gestión de energía y seguridad se clasifican en los siguientes grupos: Sistemas que usan, en todo o en parte, señales que se acoplen y transmiten por la instalación eléctrica de baja tensión, tales como sistemas de corrientes portadoras. Sistemas que usa, en todo o en parte, señales transmitidas por cable específicos para dicha función, tales como cables de pares trenzados, paralelos, coaxiales, de fibra óptica. Sistemas que usan señales radiadas, tales como ondas de infrarrojo, radiofrecuencia, ultrasonidos o sistemas que se conectan a la red de telecomunicaciones. Cada vez más se utilizan como medio de interconexión inalámbricos los siguientes estándares: Wifi, bluetooth, ZigBee. Un sistema domótico puede combinar varios de los sistemas anteriores, debiendo cumplir los requisitos aplicables en cada parte del sistema. 3.2.1. Corrientes portadoras El soporte mediante corrientes portadoras utiliza la instalación eléctrica de la casa para transportar, a través de la corriente eléctrica, las órdenes a diferentes dispositivos. Si bien no es el medio más adecuado para la transmisión de datos, sí que es una alternativa que merece ser tenida en cuenta para las comunicaciones domésticas, dado el bajo coste que implica su uso puesto que aprovecha una instalación existente

Puede ser útil para aquellos casos en los que las necesidades del sistema no impongan requerimientos muy exigentes en cuanto a la velocidad de transmisión. Para utilizar este sistema tendremos que conectar, entre otros, un filtro para evitar interferencias de la red eléctrica exterior a la vivienda. Resumiendo, podemos destacar como ventajas el nulo coste de la instalación y la facilidad de conexión, mientras que el inconveniente más importante es la baja velocidad de transmisión. 3.2.2. Cables específicos Se puede diferenciar entre cables metálicos y de fibra óptica.  Cables metálicos La infraestructura de las redes de comunicación actuales, tanto públicas como privadas, tiene en un porcentaje muy elevado cables metálicos de cobre como soporte de transmisión de las señales eléctricas que procesa. Los cables metálicos son útiles para transmitir señales de control de baja frecuencia y muy baja tensión ( 20kHz), utilizadas para diferentes aplicaciones industriales como pueden ser medición de distancia, detección de objetos, etc.

4. Unidades de control.4.1. Sistema x-10. “Este artículo se describe un sistema software orientado a controlar los dispositivos de una casa dentro y fuera de ésta.”10 El sistema x-10 es un protocolo estándar, compatible con productos de otros fabricantes, que aprovecha la transmisión de la información por corrientes portadoras para el control de equipos y dispositivos domésticos como persianas, luces, toldos, etc. Existen diferentes variantes del sistema x-10 que utilizan la misma técnica de transporte de señal a través de la red eléctrica y que aportan soluciones diferentes bajo el mismo estándar. Entre los fabricantes más conocidos podemos citar: Leviton Manufacturing Co., Home Systems, General Electric, C&K Systems, Honeywell, Busch Jaeger, Ademco, DSC, IBM, etc. El sistema funciona de tal forma que la señal portadora es captada por cualquier módulo receptor conectado a la línea eléctrica, traduciéndose en un suceso ON, OFF, o DIM. Para ello utiliza la señal senoidal de 50 Hz de la vivienda. Las transmisiones x-10 se sincronizan con el paso por el cero de la corriente alterna. Para modular la señal de 50 Hz europea (en EE. UU. Es de 60 Hz) el transmisor utiliza un oscilador opto acoplado que vigila el paso por cero de la señal senoidal, insertando la señal x-10 en el semiciclo positivo o en el negativo de la onda senoidal. La codificación de un bit 1 o de un bit 0 depende de cómo se inyecte esta señal en los dos semiciclos. 

Un 1 binario se representa por un pulso de 120 kHz durante un milisegundo.

10

CUEVAS, Juan. “El protocolo X10: Una solución antigua a problemas actuales”. S/F.

http://www.lcc.uma.es/~pedro/publications/566_art.pdf. p.1



El 0 binario se representa por la ausencia de ese pulso de 120 kHz.



En un sistema trifásico el pulso de 1 milisegundo se transmite con el paso cero para cada una de las tres fases.

Por lo tanto, el tiempo de bit coincide con los 20 ms que dura el ciclo de la señal, de forma que la velocidad binaria de 50 bps viene impuesta por la frecuencia de la red eléctrica que tenemos. La transmisión completa de una orden x-10 necesita once ciclos de corriente alterna denominada trama. Esta trama se divide en tres campos de información: 

Los dos primeros representan el código de inicio. El código de inicio es un código único que siempre es: 1110.



Los cuatro siguientes el código de la casa (Las letras A-P).



Los cinco últimos, el código numérico (1-16), también llamado código función o código de unidad según el fabricante (encendido, apagado, aumento o disminución de intensidad...).

Para aumentar la fiabilidad del sistema, esta trama (código de inicio, código de casa y código de función, unidad o numérico) se transmite siempre dos veces separándolas por tres ciclos completos de corriente. Hay una excepción: en funciones de regulación de intensidad, se transmiten de forma continuada (por lo menos dos veces) sin separación entre tramas. Además del protocolo básico existe un protocolo extendido que hasta solicita petición de estado a los módulos actuadores, alerta al sistema con los bits de inicio, con los códigos de casa y numérico dice a quién va dirigida la orden y, con los bits de función, la acción que debe ejecutar. El funcionamiento del protocolo funciona de la siguiente manera: 

El accionamiento de un elemento de la instalación provoca el envío del datagrama correspondiente de un elemento sensor (emisor) A2 que correspondería al código (A=0110, 2=11100).



Dicho código de casa y código numérico circulará por la red eléctrica y será ejecutado por el elemento actuador (receptor) de dicha instalación que disponga de dichos códigos.

Si el código de número o función que envía el elemento emisor es 01101 (corresponde con el código casa “Apagar todas las luces”), significa que todos los elementos del sistema actuadores que accionan lámparas deben apagarlas independientemente del código que tengan, o sea, se accionan todos. Componentes del sistema X-10. Como todos los sistemas domóticos, el X-10 se compone de una serie de módulos que se pueden clasificar en tres grupos atendiendo la función que realizan.  Actuadores Los módulos actuadores tienen la misión de controlar los aparatos que queremos manejar. Para ello se conectan a la red eléctrica y a los elementos para gobernar (persianas, luz, etc.) Pueden ser: 

Módulos de aparato o potencia. Permiten el encendido o apagado de los diferentes equipos.



Módulos de iluminación. Sirven para controlar las luces con variación de su intensidad de iluminación (dimmer).



Módulos de persiana. Se utilizan para gobernar el movimiento de persianas, toldos, cortinas, etc. 

Sensores

Los sensores emisores se encargan de informar sobre las distintas situaciones. El sistema X-10 dispone de los siguientes: 

Sensores no X-10 adaptados mediante transmisor universal X-10. Como detectores de humo y fuego, detectores de fugas de gas y agua, termostatos, detectores de apertura de puertas y ventana, etc.



Sensores de presencia X-10.



Termostato X-10. 

Controladores

Los controladores se conectan a la red eléctrica y tienen la función de gobernar y controlar los demás módulos. Para que un módulo actuador accione un elemento al que está conectado, es necesario que reciba una señal que se lo indique. Esta señal se envía desde un módulo controlador. Los módulos controladores que presenta X-10 pueden ser: 

Miniprogramadores.

Se

encargan

de

varias

funciones

como

programación horaria, simulación de presencia, teclado, etc. 

Mandos a distancia multimedia.



Programador PC + software. Sirve para programar eventos, crear macros, realizar programaciones horarias, etc.



Controladores telefónicos como la central maxicontrolador de Home Systems que permite controlar telefónicamente los dispositivos del hogar.

Tipología de dispositivos X-10. X-10 clasifica sus dispositivos en diferentes tipos según la función que realicen y les asigna unos logos. Éstos son los siguientes: 

Transmisores. Los transmisores envían señales codificadas. Un solo transmisor es capaz de enviar información de hasta 256 dispositivos, mientras que varios transmisores pueden enviar señales al mismo módulo.



Receptores. Estos dispositivos toman la señal enviada por los dispositivos

transmisores

y

responden

encendiéndose

o

apagándose. Al igual que los transmisores, los receptores pueden comunicarse hasta con 256 direcciones distintas. 

Bidireccionales. Este tipo de dispositivos puede responder y confirmar cuándo una orden se ejecuta correctamente, lo que puede

ser muy útil especialmente cuando el sistema está conectado a un programa de ordenador que muestra los datos en que se encuentra la instalación domótica de la vivienda 

Inalámbricos. Este tipo de dispositivos permite conectarse a través de una antena, enviar señales de radio, desde una unidad inalámbrica, e inyectar la señal X-10 en el cableado eléctrico. Estas unidades no están habilitadas para controlar directamente un receptor X-10, por lo que debe utilizarse un módulo transceptor, que se encarga de introducir las señales de radiofrecuencia en la red eléctrica.

Filtros y acopladores. “Como el medio de transmisión es la línea eléctrica, las señales de transmisión de pulsos pueden provocar que las señales de la instalación puedan interferir y mezclarse en otras viviendas o viceversa.”11 En el caso que la instalación sea trifásica, hay que asegurarse de que un elemento emisor conectado en una de las fases pueda gobernar un elemento receptor que esté conectado en cualquiera de las otras fases. Por esta razón en este sistema es fundamental utilizar elementos de filtrados de las señales y acoplamiento de las mismas. Para ello podremos utilizar un filtro/acoplador. Configuración de los módulos. Para poner en funcionamiento una aplicación domótica con el sistema X-10 el primer paso que hay que realizar es la elección del módulo que hay que instalar para cubrir la necesidad requerida. Después procederemos a su configuración. Cualquier módulo X-10 se configura asignándole un código de casa y un código numérico. 11

RODRÍGUEZ, Antonio, Op. Cit p.40

Los equipos X-10 poseen dos electrones rotativos que son utilizados para la configuración de los diferentes dispositivos en la red eléctrica: 

Uno es de color rojo y representa el código de casa, por lo que está identificado con las letras de la A a la P.



El otro es de color negro y representa el código numérico (1-16) o número del módulo que corresponde a dicho dispositivo.

Realizando todas las combinaciones posibles podremos obtener hasta 256 direcciones distintas, que son el máximo número de dispositivos diferenciados que componen un sistema domótico X-10. Si dos actuadores tienen los mismos códigos de casa y numérico, ejecutarán simultáneamente las ordenes procedentes por la red eléctrica. De esta manera, si a dos detectores de presencia X-10 se les asigna los mismos códigos, cosa que puede resultar útil, por ejemplo, para encender las luces de escalera desde dos plantas distintas, mandarán la misma orden. Una vez configurados se procederá a su instalación. Los diferentes módulos del sistema X-10 vienen presentados de tres maneras, de acuerdo con la manera en que se instalarán: 

Para enchufarse directamente a la corriente eléctrica a través de un enchufe convencional.



Para ser empotrados en cajas universales.



Para instalarse en un carril DIN. En este caso se tiene que instalar en el cuadro eléctrico.

Cada módulo se instalará de acuerdo con sus propias características y su esquema de conexionado. La operación es muy fácil, ya que sólo tendremos que sustituir el interruptor convencional por el módulo en cuestión, utilizando la misma caja. Veremos cómo hacerlo tomando como ejemplo un módulo de

Dimmer de Home Systems para regular la intensidad de iluminación del salón. El proceso a seguir es el siguiente: 1. Desconecta el magnetotérmico apropiado. 2. Quita la tapa del interruptor, los dos tornillos y el soporte metálico. 3. Monta el soporte en el cajetín de la pared. Coloca el embellecedor de plástico adecuado. 4. Coloca las ruedas de codificación situadas en la parte frontal del módulo en la posición deseada usando un destornillador. 5. Conecta los cables: fase a L, neutro a N, salida a lámpara a L, y 2 en instalación conmutada. 6. Una vez conectado, coloca el módulo sobre el soporte metálico y atornillado a los dos tornillos. 7. Pon la tapa en el interruptor. Después será necesario comprobar el correcto funcionamiento del módulo: 1. Conecta de nuevo el diferencial. 2. Presiona el interruptor en la parte superior de forma breve. La luz se enciende. 3. Presiona de nuevo el interruptor en la parte inferior de forma breve. La luz se apaga. 4. Presiona y mantén el pulsador en la parte superior durante algún tiempo: la luz se enciende, su intensidad se incrementa gradualmente hasta el máximo. Cuando sueltes el pulsador, la intensidad de la luz permanece constante. 5. Presiona y mantén presionado el pulsador en la parte inferior durante algún tiempo: la luz baja su intensidad gradualmente hasta apagarse. Cuando se suelta el botón, la intensidad de la luz se mantiene.

Si hubiéramos optado por instalar el módulo sobre el carril DIN, procederíamos

de

manera

similar,

teniendo

en

cuenta

sus

características técnicas y su conexionado: 1. Desconecta el diferencial correspondiente 2. Monta el módulo colocándolo sobre el carril DIN. 3. Conecta los cables 4. Conecta el cable que viene desde los pulsadores de pared (interruptor conmutado) al terminar en la pared superior del módulo. 5. Coloca las ruedas de codificación todas situadas en la pared frontal del módulo en la dirección deseada. Después deberás comprobar el correcto funcionamiento del módulo: 1. Vuelve a conectar la corriente de la caja de distribución conectando el diferencial principal. 2. Presiona uno de los pulsadores de pared de forma breve. Las luces se encenderán. 3. Presiona otra vez el mismo u otro de los pulsadores de pared de forma breve. Las luces se apagarán. 4. Ahora presiona y mantén presionado durante unos segundos uno de los pulsadores de pared: las luces se encienden y luego su luminosidad va descendiendo poco a poco. Cuando soltamos el botón, la luminosidad de las luces permanece constante. El software active home. El software active home sirve de interfaz de control de los dispositivos, conectados a módulos X-10, que se deseen controlar (luces, persianas, etc.). En definitiva este software permite: 

Crear una representación gráfica de los módulos y controlar las luces y aparatos desde el ordenador.



Crear calendarios de eventos que se ejecuten automáticamente.



Definir macros que controlan grupos de módulos. Por ejemplo: llegada a casa: debe encender la luz del porche, la salita y activar la música. Buenas noches: apagar todas las luces internas, apagar la música, dejar las luces de seguridad activas.



Definir calendarios de viaje que simulan que la casa parezca habitada cuando estamos fuera, mediante el encendido de luces y aparatos.



Crear informes impresos que muestran los diferentes aspectos del sistema de automatización de tu casa como: los módulos instalados, tiempos de los eventos definidos, etc.

Con el software Active Home podemos realizar las funciones de programación que el sistema permite, como son, programar eventos, crear macros y la función estilo de vida En la página web www. Casactiva.com, lanzada por Home Systems, puede observarse una aplicación de control y supervisión desde internet. Se ha desarrollado bajo las más estrictas medidas de seguridad anti-intrusión que garantizan un uso fiable del sistema. Casactiva.com permite la visualización remota a través de internet de varias cámaras en la vivienda, así como el control remoto de dispositivos del sistema domótico X-10. 4.2.

Simón VIT@.

Simón VIT@ es un sistema domótico que comercializa la empresa simón, basado en el estándar LonWorks. Este sistema presenta las siguientes características: 

Es escalable. Ofrece desde soluciones locales, como la automatización de una única persiana, a soluciones globales como la centralización de persianas.



Es integrado. Permite la interrelación de varias funcionalidadesiluminación climatización, seguridad, etc.- favoreciendo la simplificación de la gestión y una mayor eficiencia en el control energético.



Es seguro. Aunque todos los elementos del sistema se comunican por red bus, cada módulo dispone de una memoria independiente, lo que permite que en el caso de anomalía en uno de los elementos ésta no afecte al resto de la instalación.



Es ampliable. Permite la ampliación o modificación de sus módulos según las necesidades del usuario. La ampliación de una instalación con este sistema es posible de manera mas sencilla y casi limitada:basta con añadir los módulos necesarios y programar las nuevas funciones.

Algunos de los módulos que integran un sistema domótico Simón VIT@son los siguientes: 

Módulo fuente de alimentación 100w simón VIT@



Módulo fuente de alimentación 35w simón VIT@



Módulo entradas 24 Vcc Simón VIT@



Módulo salidas 230Vca Simón VIT@



Módulo dimmer universal Simón VIT@



Módulo regulador 0-10 V Simón VIT@



Módulo visualizador DIN Simón VIT@



Módulo visualizador/sonda de empotrar Simón VIT@



Módulo gestor Fan-coil.



Sensor de luminosidad



Módulo entradas/salidas empotrar Simón VIT@



Módulo multibotonera Simón VIT@



Módulo receptor IR Simón VIT@



Módulo a distancia Simón VIT@



Módulo terminador de Red Simón VIT@



Módulo de memoria Simón VIT@



Módulo IP Simón VIT@



Módulo pantalla TFT de empotrar Simón VIT@



Módulo pantalla TFT superficie Simón VIT@



Módulo Switch Simón VIT@



Módulo repetidor Simón VIT@



Módulo adaptador Simón VIT@



Módulo adaptador Simón VIT@



Módulo conexión Red LON a Simón VIT@



Módulo interfaz de control remoto.

“Continuamente los módulos se van actualizando y sacando nuevos productos.”12 Para realizar una instalación con Simón VIT@ hay que seguir los siguientes pasos: 1. Especificación de la instalación domótica del cliente. 2. Análisis de viabilidad. 3. Elección de los módulos. 4. Creación de la instalación offline. 5. Proceso de carga offline. 6. Instalación eléctrica. 7. Proceso de carga online. 8. Verificación-conformidad con el cliente. 9. Reprogramación (eventual). Como en la mayoría de dispositivos domóticos, existen soluciones de instalación. En cada caso será necesario seguir las instrucciones de montaje y conexionado. Para elementos de una instalación que requieren una mayor seguridad de funcionamiento como frigoríficos, persianas, bases de enchufe, etc., el sistema dispone de relés de forzado que permiten su activación manualmente en el caso de anomalías del módulo.

12

Idem p.56

Una vez realizado el cableado de la instalación, el propio sistema permite checar su correcto funcionamiento y la alimentación del módulo sin necesidad de un PC. El software de instalación es un programa informático preparado para Windows en formato CD que se debe instalar en un ordenador personal para las instalaciones domóticas Simón VIT@. Este software es la herramienta de programación desde la que se procesa la configuración del sistema. El software de instalación está diseñado para que, de manera muy gráfica, la programación se realice de manera fácil e intuitivamente. Principalmente, la programación se compone de bloques funcionales y árboles de situación. La pantalla principal del software Simón VIT@ se divide en siete partes. En ellas se presentan todas las herramientas e información necesarias para realizar la programación de la instalación.

Metodología.Para la elaboración de este proyecto se realizará primero la investigación para el conocimiento en la realización de un bosquejo y prototipo del proyecto a realizar. Se obtendrá información sobre los posibles componentes que conformarán la automatización del sistema de riego e iluminación del hogar para con lo obtenido seleccionar los componentes adecuados que formarán parte del sistema buscando los costos aproximados, beneficios y desventajas al usar cada componente seleccionado. Para la elección del sistema podrá haber dos caminos: la primera forma podrá ser seleccionando primero los sensores, actuadores y aparatos terminales y después elegir la unidad de control compatible con lo elegido anteriormente, ya que debido a los fabricantes existen componentes que son compatibles con su misma marca y otros son compatibles con varias empresas fabricantes; la segunda podría ser seleccionando primero la unidad de control y después buscar los sensores, actuadores y visualizadores compatibles con la unidad para elegir los más convenientes. Al tener obtenido los componentes, si alguno no es compatible se tendrá que buscar el más conveniente después del no utilizable según su uso para su reemplazo y cambiarlo. Se buscará realizar la conexión de la red del sistema de manera que sea económico y lo más eficaz posible al reducir el costo de una instalación automatizada de manera que si en algún futuro se desea introducir más elementos al sistema sea fácil añadirlo a la red. Con el sistema ya obtenido se realizará uno o varios diseños posibles al introducir la red de la automatización en el hogar deseado para analizar cuál podría ser el más eficiente y las dificultades y desventajas que se puedan presentar al implementarlo. Se realizará un prototipo del sistema automatizado. Así se tendrá ya el diseño para en un futuro consiguiendo fondos para la implementación realizarlo de manera física y real.

Tipo de investigación.Este proyecto de investigación es observacional porque no se va a interferir en los datos obtenidos de las fuentes consultadas, ya que de estos datos ya plasmados van a ser la guía de la investigación. Además de ser observacional, también es retrospectivo ya que, como lo mencionado anteriormente, la información sólo se va obteniendo de los datos ya existentes en las diversas fuentes.

Nivel de investigación.El nivel de esta investigación está considerado como exploratorio porque no se tienen muchas bases de conocimiento para desarrollar el proyecto a mucha profundidad, por ejemplo, no se ha experimentado mucho con sensores, actuadores o los sistemas de control. Resultados.  Kit Active Home XTP270201 

Simular presencia en la vivienda cuando se encuentra fuera de la vivienda.



Programación horaria de luces, aparatos, riego y calefacción.



Encendido automático de luces al anochecer.



Control de luces, aparatos con mando a distancia.



Con el software casactiva.com controla a través de internet caldera, riego, luces, aparatos.

Incluye: 

Controlador e interface para PC XTP040201



Receptor RF/MA XTR040405



Minimando RF-4 Slimfire XTR040416



Módulo de aparato XTP130402 (para equipos eléctricos hasta 3.000 w)



Módulo de lámpara XTR040416 (para luces incandescentes de 40 w hasta 300 w)

Controlador e interface para PC XTP040201.- Conecta el PC a la red eléctrica. Las funciones

principales

son

de

programación

horaria

y macros

(órdenes

encadenadas con una sola instrucción). Este controlador viene acompañado de un software gráfico y en español, que corre bajo Windows, con el que se puede programar de forma sencilla las actuaciones de los módulos X10 existentes en la vivienda. Una vez creado el programa en el PC se copia sobre el controlador y a partir de este momento se puede apagar el ordenador; el controlador seguirá ejecutando las órdenes sin necesidad de PC, las pilas con las que va provisto el controlador evitarán la pérdida del programa en caso de caída de energía eléctrica. Por tanto, de forma muy sencilla y gráfica, podremos programar las actuaciones de los módulos X-10 para fechas concretas, simulación de presencia, reloj astronómico o activación selectiva, hasta un máximo de 40 programaciones. Receptor RF/MA XTR040405.- Recibe órdenes de cualquier mando a distancia X10 e incluye un módulo de aparato. Puede recibir y mandar por la red eléctrica órdenes hasta para 16 módulos diferentes de X-10. Minimando RF-4 Slimfire XTR040416.- Envía señales vía radio al receptor de radiofrecuencia o a cualquier consola de seguridad X-10, pudiendo controlar hasta 4 módulos X-10 con las funciones de encendido/apagado, regulación de intensidad y control de persianas o toldos, si la instalación dispone de modos de persiana.

Utilizando el controlador e interface para PC XTP040201 el minimando RF-4 Slimfire puede ejecutar hasta 8 macros. (necesita un módulo con capacidad de recepción de RF/MA como el receptor RF/MA XTR040405) Al mandar las señales vía radio frecuencia, RF, podrá controlar luces, persianas y aparatos desde cualquier lugar de su hogar, desde el jardín e incluso desde el coche. Puede disponer de hasta 4 minimandos RF-4, según sus necesidades; lleve uno, por ejemplo, para encender las luces del garaje o de la rampa de entrada.

 Kit Maxicontrolador XTP270501 

Con el sensor Rotura de Cristales XTR200120, simula la presencia en la vivienda cuando se encuentra fuera.

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Control telefónico de caldera, riego, luces, electrodomésticos.



Con el mando multimedia XTR080504 controla luces, aparatos con mando a distancia.

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Con el detector de movimiento XTR210102 o sensor P/V XTR 210703 se usa para sistema de seguridad con avisador telefónico de alarmas.

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Con el termostato X10 Digimax XTR210501, gestión inteligente de la temperatura.

 Electroválvula.  Sensor de humedad.  Manguera de ½ pulgada de diámetro.  Software Active Home

Conclusiones y recomendaciones. Se concluye que el término domótica se refiere al conjunto de elementos aplicados a la automatización parcial o total de las funciones que realiza o se puede realizar en una vivienda. Las partes esenciales que conforman el sistema integral de una casa inteligente son los sensores, los actuadores y las unidades de control, donde los elementos terminales como lo son los visualizadores sería un complemento que no es tan fundamental en el sistema. En los últimos años el dispositivo de conexión a internet del hogar domótico es un elemento que se suele agregar cada vez más a la vivienda inteligente, esto con la intensión de mediar entre los distintos protocolos de los elementos conectados a las redes internas domóticas, así como para poder tener acceso remoto a través de internet al sistema de automatización de la residencia.

En la actualidad, las redes internas que conforman un hogar domótico son: la red de datos, la red multimedia y la red de control, siendo esta última la más importante para considerar a una vivienda como inteligente, puesto que es la que se encarga de la automatización de los distintos elementos. La evolución temporal-tecnológica de los sistemas domóticos se pueden estudiar desde la forma en que los protocolos han evolucionado. Para la situación actual de los sistemas domóticos excluye cada vez más a los protocolos propietarios del mercado debido a su incompatibilidad con otros sistemas y productos de otras marcas, mientras que los protocolos estándar KNX y LonWorks se apoderan del mercado domótico. La red que interconecta los dispositivos de las alarmas dentro de un hogar inteligente se suele independizar de la red de control domótica, especialmente en los casos en los que esta red está en contacto con el internet por medio de una pasarela residencial; esto para evitar riesgos no deseados de hackers al sistema de alarmas por medio del internet. En algunos casos, en lo que a los elementos de alarmas respecta, suele ser de mayor eficiencia conectar directamente un sensor a un actuador, esto para tener una mayor fiabilidad y velocidad en la acción a tomarse. Los sistemas ZModo resultan ser una opción tecnológica de vanguardia en vigilancia residencial por medio de cámaras de tecnología infrarroja, que se comercializa actualmente por empresas como shenzhen. La iluminación residencial tipo LED se muestra en el mercado como una opción de ahorro de energía eléctrica, que en comparación con otras fuentes de iluminación utilizadas en las casas de habitación, presenta una eficiencia mucho mayor en la conversión de energía eléctrica a energía lumínica. En la actualidad existen dos tipos de métodos de fabricación casera de sistemas domóticos, sin embargo, la mayoría utiliza un computador como elemento de control central de dicho sistema.

La línea My Home de Bticino es una propuesta demótica que se comercializa en el país, la cual funciona mediante bus EIB, donde no existe un elemento central de control y que, además de un sistema de automatización de tipo bus presenta también sistemas de alarmas, sistemas de difusión sonora y sistemas de termorregulación. El microcontrolador Arduino Mega resulta ser una opción efectiva para su uso en sistemas domóticos como circuito de control en una red de arquitectura centralizada, esto debido a la cantidad de pines de entradas y salidas digitales que posee, así como a su mayor capacidad de memoria en comparación con otros modelos de Arduino. La creación de un sistema domótico por medio de un bus, requiere a que los elementos interconectados a un mismo tengan cierto nivel de inteligencia, de manera que al menos los mismos puedan almacenar la información referente a su dirección de ubicación. El uso de sistemas avanzados para la automatización del hogar, como por ejemplo del sistema de empresas como My Home, empresas reconocidas, suele ser muy costoso por lo que el uso de Arduino y componentes compatibles con éste va ser una muy buena opción para la implementación a una casa domótica, ya que resulta ser más barato

El cambio de una casa convencional a una casa domótica se llega a un ahorro económico por el pago de tarifas en el uso de agua potable y luz eléctrica en donde si se quiere recuperar lo invertido, haciendo un estudio económico tal vez sea en tres años donde se vea reflejado con este sistema, ya que hasta este momento apenas ha transcurrido poco tiempo. Es recomendable usar materiales de buena calidad para evitar estar cambiando los aparatos, cables, accesorios, etc., y estar dando mantenimiento muchas veces porque aunque suele ser fácil a veces resulta ser una molestia.

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Anexo:

Apéndice

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