Edificios inteligentes

EL CONTROL ELÉCTRICO
EN LOS SISTEMAS
DE EDIFICIOS INTELIGENTES

DIRECTORIO

DR. JOSÉ ENRIQUE VILLA RIVERA
Director General
DR. EFRÉN PARADA ARIAS
Secretario General
DR. JOSÉ MADRID FLORES
Secretario Académico
ING. MANUEL QUINTERO QUINTERO
Secretario de Extensión e Integración Social
DR. LUIS HUMBERTO FABILA CASTILLO
Secretario de Investigación y Posgrado
DR. VÍCTOR MANUEL LÓPEZ LÓPEZ
Secretario de Servicios Educativos
DR. MARIO ALBERTO RODRÍGUEZ CASAS
Secretario de Administración
LIC. LUIS ANTONIO RÍOS CÁRDENAS
Secretario Técnico
ING. LUIS EDUARDO ZEDILLO PONCE DE LEÓN
Secretario Ejecutivo de la Comisión de Operación
y Fomento de Actividades Académicas
ING. JESÚS ORTIZ GUTIÉRREZ
Secretario Ejecutivo del Patronato
de Obras e Instalaciones
ING. JULIO DI-BELLA ROLDÁN
Director de xe-ipn tv canal 11
LIC. JUAN ÁNGEL CHÁVEZ RAMÍREZ
Abogado General
LIC. ARTURO SALCIDO BELTRÁN
Director de Publicaciones

EL CONTROL ELÉCTRICO
EN LOS SISTEMAS
Ing. Rubén Ortiz Yáñez

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
– México –

EL CONTROL ELÉCTRICO EN LOS SISTEMAS
Primera edición: 2006
D.R. © 2006 Instituto Politécnico Nacional
Dirección de Publicaciones
Tresguerras 27, 06040, México, DF
ISBN: 970-36-0299-1
Impreso en México/Printed in Mexico

A MIS MAESTROS

¿Aprender? Sí, a condición de saber más; ¿Pero aprender para qué? ¡Para tener
más posibilidades que nunca en la vida! Hoy nuestra responsabilidad fundamental como maestros es ser honestos con nuestros alumnos y conducirlos a
aprender. Con esto haremos un reconocimiento a los maestros que nos precedieron.
El autor

PRÓLOGO

La inquietud de escribir estas notas y darles forma de texto es con la finalidad
de apoyar a los jóvenes estudiantes que cursan carreras en el nivel técnico profesional del bachillerato tecnológico; asimismo, se plantean también como
consulta para el estudiante de licenciatura, pues en la actualidad se incluye el
tema de control eléctrico en los sistemas de edificios inteligentes en algunos
programas de estudio de algunas especialidades técnicas y licenciaturas en
diferentes instituciones educativas.
El contenido del texto son notas elaboradas por el autor y otra parte
recopilaciones, producto de investigación sobre edificios inteligentes con relación a la materia de control eléctrico. El autor pretende aportar su experiencia
en este campo, como producto del ejercicio profesional de su especialidad y de
la actividad en la docencia practicada en la impartición de estos conocimientos.
El libro está concebido para que pueda ser utilizado como texto en el
aprendizaje del programa: “Diseño de Sistemas de Control para Edificios Inteligentes”, y con el fin también de que sea útil a profesionistas como arquitectos, ingenieros y técnicos, y a los mismos empresarios del sector inmobiliario.
Además de que pueda servir de consulta en el tema de control eléctrico.
En el primer capítulo se tratan las generalidades sobre el edificio inteligente, donde se mencionan las finalidades, las características principales, describiéndose los diferentes sistemas para su operación, haciendo énfasis, en la
importancia del ahorro de energía y la necesidad de utilizar el control y la automatización para lograr la integración de los servicios; se propone al final de
éste, el concepto de edificio inteligente en forma esquemática para facilitar su
comprensión, y se concluye con un ejercicio.
En el capítulo II, se presenta al lector la forma como se diseñan los circuitos de control para que éstos realicen la función que se desea; aquí se le

9

10

EL CONTROL ELÉCTRICO EN LOS SISTEMAS DE EDIFICIOS INTELIGENTES

lleva paso a paso al lector, con el objeto de poder adquirir una base de conocimientos en la materia para diseñar cualquier circuito de control; asimismo,
se presentan las posibles funciones de control y de los componentes empleados para el diseño de estos circuitos. En este ejercicio de aprendizaje se ofrece
el diseño de circuitos básicos de control y los más comunes que se pueden
presentar en la práctica; y se explica el procedimiento para su desarrollo con
la finalidad de facilitar su conocimiento y comprensión.
En esta misma unidad se menciona la importancia de la automatización
y su relación directa con el control automático; se estudia el concepto de
automatización y su incorporación desde el proceso industrial al campo inmobiliario de los edificios inteligentes; se describen los componentes de ésta
y los sistemas básicos de control que se pueden instrumentar como solución
práctica a la automatización en las diferentes áreas del inmueble y de los elementos utilizados en la automatización; mención especial merece el uso del
ordenador para la programación de los circuitos de control a través de un
programa específico; además, se propone en este texto el lenguaje gráfico de
diagramas de escalera, por ser el más familiar al técnico con formación en
conocimientos de electricidad.
En los capítulos III, IV y V, se presentan aplicaciones de conocimientos
de control, adquiridos en el capítulo anterior, se incluye el diseño de los circuitos de control automático, y al final de cada uno se ofrece el lenguaje de
diagrama de escalera o contactos (Ladder Diagrams) para programar en el
controlador lógico programable (PLC). Los ejercicios de aplicación se ofrecen
en forma de proyectos de control para sistemas vitales en la operación del edificio inteligente, como es el sistema hidrosanitario donde el ahorro de agua es
esencial; también el sistema de aire acondicionado para producir el confort
adecuado y cumplir con una de las finalidades, que es el incremento de la productividad de sus usuarios y el sistema de protección de las personas y del
inmueble contra conatos de incendios.
En el último capítulo se plantea la iluminación inteligente como una
alternativa para ahorrar energía eléctrica, la cual es otra de las finalidades del
edificio inteligente. La iluminación inteligente es el producto de la aplicación
de lámparas ahorradoras de energía, luminarias eficaces y la automatización,
por esto se presenta dicho concepto, vinculando conocimientos sobre nuevos
parámetros en el diseño de la iluminación y con las diferentes lámparas que
el mercado nacional ofrece. También se incluye información sobre nuevos

PRÓLOGO

11

dispositivos de control para la iluminación, y así, lograr la automatización de
los sistemas de iluminación.
Para hacer un mejor uso del texto, se recomienda al lector de preferencia
tener conocimientos básicos de control eléctrico, electricidad y electrónica, o
bien alguna experiencia práctica en el trabajo sobre el tema; en cuanto al nivel
de conocimientos matemáticos, los requeridos son mínimos para comprender su contenido. En general el enfoque es sencillo, práctico e informativo en
algunos aspectos y de fácil lectura; por esta razón no se profundiza con temas
como teoría del control y desarrollo de programación.
El propósito es que esta obra sea de utilidad para estudiantes y personas
interesadas en el tema de los edificios inteligentes, sin soslayar que en este
campo, como en otros del conocimiento científico y tecnológico, lo que hoy
se presenta como novedad el día de mañana será obsoleto; producto del ritmo
de los cambios dinámicos generados por los avances tecnológicos.

CONTENIDO

PRÓLOGO

9
UNIDAD I
GENERALIDADES SOBRE EDIFICIOS INTELIGENTES

FINALIDADES DE LA UNIDAD

21

1. INTRODUCCIÓN

23

1.1. Razones de incremento en la demanda de
edificios inteligente
1.2. Evolución del edificio inteligente
1.3. Grados de inteligencia
2. CONCEPTO DE EDIFICIO INTELIGENTE
2.1. ¿Qué es un edificio inteligente?
2.2. Concepto general
2.3. Finalidad del edificio inteligente

26
26
26
29
29
29
30

3. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES

31

3.1. Flexibilidad del edificio
3.2. Integración de servicios
3.3. Seguridad
3.4. Ahorro de energía y agua

31
32
33
34

13


14

4. ELEMENTOS DE LOS EDIFICIOS INTELIGENTES

35

4.1. Estructura
4.2. Sistemas para operación del edificio inteligente
desde el punto de vista para su operación
4.3. Los servicios del edificio
4.4. Administración del edificio

36
39
63
65

5. ESQUEMA CONCEPTUAL DEL EDIFICIO INTELIGENTE

67

6. EJERCICIO

69
UNIDAD II

PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN;
SU APLICACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE
1. ANTECEDENTES DEL CONTROL ELÉCTRICO
2. ¿QUÉ ES CONTROL?
3. TIPOS DE CONTROL ELÉCTRICO
4. SIMBOLOGÍA
5. LENGUAJE DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL
6. TIPOS DE CIRCUITOS DE CONTROL
7. DESARROLLO DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL
8. ¿QUÉ ES LA AUTOMATIZACIÓN?
9. NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN
10. TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL
11. EL CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)
12. LA INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS DE SERVICIOS
DEL EDIFICIO INTELIGENTE

73
75
77
79
91
95
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105
113
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121
125
139

13. ÁREAS DE APLICACIÓN DEL CONTROL ELÉCTRICO
Y AUTOMATIZACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE

14. EL SISTEMA DE CONTROL EN UN EDIFICIO INTELIGENTE
15. EJERCICIO

143
145
151

CONTENIDO

15

UNIDAD III
PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO
EN EL SISTEMA HIDROSANITARIO

153

1. EL SISTEMA HIDROSANITARIO DEL EDIFICIO

155

1.1. Consumidores de agua potable
y descargas de aguas negras en el edificio
1.2. Elementos de la instalación hidráulica
2. EL ABASTECIMIENTO DE AGUA Y SU CONTROL
2.1. La red de abastecimiento para agua
2.2. Diagrama de flujo para el abastecimiento
de agua a través de un pozo profundo
2.3. Diagrama de flujo para abastecimiento
de agua potable a través de la red municipal
2.4. Control eléctrico para el abastecimiento de agua
Operación manual
Operación automática
2.5. Elaboración de los diagramas de control
para programación en PLC
3. RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE

155
156
157
157
158
159
160
161
162
163
165

3.1. Elementos de la red de agua potable
3.2. Variables de la red de agua potable
3.3. Diagrama de flujo típico para la red de agua
3.4. Control típico para la red de agua

165
165
166
168

4. CONTROL DEL USO DE AGUA EN MUEBLES SANITARIOS

179


16

4.1. Control automático del uso de agua
en retretes, mingitorios, lavabos y regaderas
4.2. Aplicaciones del control automático
en muebles sanitarios
5. RECICLADO DE AGUAS RESIDUALES
5.1. Reciclado de aguas jabonosas y grises
5.2. Control para la red de agua reciclada

179
182
185
185
188
195

6. EJERCICIO

UNIDAD IV
PROYECTO: EL CONTROL ELÉCTRICO
EN EL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO
1. ¿QUÉ ES EL AIRE ACONDICIONADO?
1.1. Tipos de acondicionamiento

199
201
201

2. LOCALES QUE REQUIEREN ACONDICIONAMIENTO

203

3. ¿QUÉ ES UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO?

205

4. EQUIPOS UTILIZADOS EN AIRE ACONDICIONADO

207

4.1. Unidad tipo ventana
4.2. Unidad tipo paquete
4.3. Unidad dividida
4.4. Enfriadores de agua
5. LOS TIPOS DE SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

207
207
208
208
211

CONTENIDO

5.1. Sistema central de agua refrigerada o helada
5.2. El sistema central de calefacción con agua caliente
5.3. El sistema central de agua helada y agua caliente
para el aire acondicionado y calefacción
6. CONTROL Y DISPOSITIVOS APLICADOS EN EL AIRE ACONDICIONADO
6.1. Los dispositivos y/o aparatos utilizados
en el control de aire acondicionado
6.2. Función de los elementos de control del sistema
de aire acondicionado
6.3. Control típico para un sistema de calefacción
con agua caliente
6.4. Control típico para un sistema
de acondicionamiento con agua helada
6.5. Control para la ventilación del estacionamiento
7. EJERCICIO: ACONDICIONAMIENTO TOTAL

17
212
213
214
217

217
219
220
226
229
235

UNIDAD V
PROYECTO DE CONTROL ELÉCTRICO
EN LA PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS

247

1. SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO
2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS INCENDIOS
3. RED DE EXTINGUIDORES

249
251
253

4. ELEMENTOS DE LA RED DE AGUA CONTRA INCENDIO

255

4.1. Hidrantes
4.2. Rociadores
4.3. Abastecimiento de agua para la red contra incendio

255
257
257


18

5. EL CONTROL PARA LA RED DE AGUA CONTRA INCENDIOS

259

6. EJERCICIO

265

UNIDAD VI
LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y EL AHORRO DE ENERGÍA

271

1. LA ILUMINACIÓN INTELIGENTE EN EL CONTEXTO
GENERAL DE LA ILUMINACIÓN

273

1.1. ¿Qué es la iluminación inteligente?
1.2. La ecuación de la iluminación inteligente
1.3. Impacto del ahorro de energía en la iluminación
1.4. Consideraciones sobre nuevos parámetros en el diseño
de la iluminación para oficinas modernas

273
274
275

2. LA ELECTRÓNICA Y SU IMPACTO EN LA ILUMINACIÓN
2.1. Evolución de las principales fuentes
luminosas artificiales
2.2. Desarrollos constantes
2.3. Aplicación de la electrónica en el campo
de la iluminación
3. TIPOS DE LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA
3.1. Lámparas halógenas de bajo voltaje
3.2. Lámparas fluorescentes compactas
3.3. Lámparas fluorescentes ahorradoras de energía
3.4. Lámparas de halogenuros metálicos
4. BALASTROS AHORRADORES DE ENERGÍA

278
283

284
284
287
289
290
292
295
296
301

CONTENIDO

4.1. Tipo de balastro
4.2. Características generales
5. CONTROL DE LA ILUMINACIÓN
5.1. Parámetros por considerar en función
de los dispositivos de control
5.2. Dispositivos típicos de control para iluminación
5.3. Funciones primarias del control en la iluminación
5.4. Recomendaciones genéricas para el control
de la iluminación en áreas típicas de un edificio
inteligente

19
301
301
303

304
304
306

307

APÉNDICE 1: GLOSARIO DE TÉRMINOS TÉCNICOS

311

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

321

UNIDAD I

GENERALIDADES SOBRE
EDIFICIOS INTELIGENTES

Finalidades de la unidad

En esta unidad se pretende que el lector adquiera una idea general sobre el
concepto de “edificio inteligente”, de tal manera se comenta la evolución de
éste, las razones de su demanda, sus finalidades y características fundamentales; así como sus elementos, desde un enfoque tecnológico y teniendo como
prioridad la operación y prestación de servicios encaminados a obtener una
mayor productividad de sus usuarios.
También, con el fin de que el lector conozca los diferentes sistemas de servicios en un “edificio inteligente”, éstos se identifican y describen en forma
general; haciendo énfasis en la necesidad de aplicar el control eléctrico y la
automatización; especialmente para realizar la integración de dichos servicios. Asimismo, independientemente de algunas definiciones de edificio
inteligente, como la del IMEI, entre otras. Al final de la unidad se propone en
forma esquemática el concepto de “edificio inteligente”, para que el lector
tenga una visión más clara sobre éste.

21

1. INTRODUCCIÓN

La demanda de edificios inteligentes se incrementó cuando los empresarios
cambiaron sus premisas con edificios de oficinas ordinarios a edificios con
oficinas inteligentes, al encontrar que la creatividad y productividad de sus
empleados aumentaba considerablemente. Esto, evidentemente, proporcionó
a los empresarios una ventaja competitiva sobre sus contrapartes creando
como resultado una gran demanda por aquéllos. En consecuencia, las inmobiliarias involucradas en la renta y venta de espacios para oficinas encontraron que podían no sólo cobrar más, sino, también, esperar una gran
demanda de posibles ocupantes.
El crecimiento de sistemas para este tipo de inmuebles ha sido seguido en
paralelo por el desarrollo de sistemas para su automatización, el cual comprende no sólo funciones de seguridad, por ejemplo, contra el fuego, la prevención
de accidentes y crímenes, sino también el monitoreo de todas sus funciones.
La naturaleza del trabajo de la era moderna en las oficinas es muy diversa, por lo que muchas se encuentran en proceso constante de reestructuración,
con cambios frecuentes también en el espacio disponible. La internacionalización de negocios, así como la flexibilización de horarios, han modificado la
cantidad de tiempo durante el cual las oficinas se encuentran en uso.
La habilidad para absorber dichos cambios sin detrimento de su funcionalidad es de vital importancia, de lo contrario podría perder su ventaja
competitiva; es decir, mantener la flexibilidad de reubicación del espacio.
En un edificio es de vital importancia el diseño de sus aspectos horizontales
y verticales. Con esto en mente deben ser también hechas consideraciones similares en cuanto al diseño arquitectónico; por lo tanto, los materiales, equipamiento y facilidades utilizadas en el edificio deben incorporar ideas frescas
que responderán a los requerimientos futuros de cada edificio inteligente.

23

24


En la última década del siglo pasado la tecnología de la automatización
se desarrolló notablemente, aunada a la informática y electrónica; esto ha impactado extraordinariamente los procesos industriales hasta lograrse la automatización de plantas industriales completas; la robótica industrial es otro
ejemplo de las consecuencias favorables de la aplicación de esta tecnología.
Es evidente que el desarrollo de edificios inteligentes ha sido más enfatizado para espacios de oficinas, pero este mismo concepto empieza también a
ser dirigido a cualquier tipo de instalación en donde la seguridad y confort del
usuario son primordiales (figura 1.1).

Fig. 1.1. Parte de la fachada de un edificio inteligente.

UNIDAD I. GENERALIDADES SOBRE EDIFICIOS INTELIGENTES

25

En la actualidad, la automatización encuentra aplicación en otros campos; además de en la industria, se tiene presente en la vida cotidiana; por
ejemplo, regular la temperatura de una simple habitación o la automatización
del encendido y apagado de la iluminación de una oficina; para ello se requiere dominar el control, y todo esto, en buena medida, es a partir del control
eléctrico.
El tema del edificio inteligente en México se encuentra en el mercado
inmobiliario como una aspiración prioritaria por parte de los empresarios
dedicados a construir inmuebles, principalmente para el alquiler de oficinas;
pero este concepto también se extiende a otros tipos de inmuebles, y hoy en
día llega a las edificaciones residenciales con el nombre de domótica. Es así
como surge la necesidad de tener conocimientos generales en este tema,
donde el control y la tecnología de automatización permiten cumplir con las
principales finalidades de un edificio inteligente, obviamente esto impulsado
por los avances en la electrónica que ha facilitado el desarrollo de la automatización y la iluminación inteligente. Por esta razón dicho tema se incluye en
los programas de estudios de algunas especialidades técnicas y de licenciatura
en diferentes instituciones educativas (figura 1.2).

Control de persianas

Riego

Control de iluminación
Calefacción

Seguridad

Fig. 1.2. Aplicación de la domótica en una habitación residencial.


26

1.1. Razones de incremento en la demanda de edificios inteligentes
• Aumento de creatividad y productividad en los empleados.
• Mayor demanda de ocupación.
• Posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios en el edificio.

1.2. Evolución del edificio inteligente
INICIAN EN LOS 80

90

ACTUALMENTE

Euforia del mercado.

Se consolida el desarrollo.

Edificios diseñados
y construidos con
propósitos específicos.

Todos los edificios
se desean
transformar.

Integración entre empresa
y edificio.

Se aplican:
• Controles
• Computadoras
y comunicadores

Servicios a inquilinos.

Mercados verticales.

Confort y tecnología
amigable al usuario.

Edificios diseñados
específicamente para
cada mercado.
Ingeniería aplicada
a empresas y
edificios más
pequeños.
Desarrollo de la
domótica (aplicación
del edificio inteligente
en la casa habitación).

1.3. Grados de inteligencia

El concepto en México es relativamente nuevo, llega a principios de los
noventa y a partir de este momento existe un gran interés por conocer a
detalle cuándo un edificio puede ser considerado "inteligente", para lo cual
tomaremos como base la definición teórica expuesta en el punto 2; sin em-


27

bargo, resulta difícil trazar una línea divisoria que permita diferenciar con
precisión cuándo un edificio es inteligente; no obstante que existe grado de
inteligencia dentro de un edificio, y considerando las necesidades reales de los
dueños mexicanos, este concepto deberá irse introduciendo paulatinamente,
sobre todo en edificios de gran tamaño, cuya operación y prestación de servicios resulta muy complejo. A continuación analizaremos los grados de inteligencia de un edificio desde el punto de vista tecnológico.
Grado 1
Inteligencia mínima
Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no está integrado.
Existe una automatización de la actividad y servicios de comunicaciones aunque no están integrados.
Grado 2
Inteligencia media
Tiene un sistema de automatización totalmente integrado, sistemas de automatización de la actividad; sin una completa integración de las comunicaciones.
Grado 3
Inteligencia máxima
Sus sistemas de automatización del edificio, y de la actividad y comunicaciones se encuentran totalmente integrados.
Para el desarrollo de este proyecto se deben involucrar como mínimo los
siguientes sistemas:
• Sistema de automatización del edificio
• Sistema de automatización de la actividad
• Sistema de comunicaciones
Con lo cual se integrará al edificio con un nivel de inteligencia aceptable.

2. CONCEPTO DE EDIFICIO INTELIGENTE

2. 1. ¿Qué es un edificio inteligente?
Se puede decir que un edificio es inteligente cuando este concepto se incorpora desde su diseño, con la finalidad principal de lograr un costo mínimo de
ocupación durante su ciclo de vida y una mayor productividad estimulada
por un ambiente máximo de “comodidad”.
Para el Instituto Mexicano del Edificio Inteligente (IMEI) un edificio inteligente es aquel que reúne los requisitos siguientes:
Características fundamentales integrales en sistemas modulares.
• Centralmente automatizados para optimizar su operación y administración en forma eléctrica.
• Altamente eficientes para minimizar el uso de la energía.
• Altamente seguros y confortables, que respeten las normas tecnológicas.
2.2. Concepto general
Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente de trabajo productivo y eficiente, a través de la optimización de sus cuatro elementos básicos:
•
•
•
•

Estructura (civil).
Sistemas.
Servicios.
Gerencia.

Y de las interacciones entre ellos.

29

30


“Edificio inteligente”
Desde el enfoque de la comunicación:
“Aquel que contiene una infraestructura con una red
de comunicación de alto nivel, diseñada para manejar
información que afecta la vida diaria de los empleados.”

2.3. Finalidad del edificio inteligente

• Incrementar la productividad en un ambiente confortable, saludable y seguro.
• Proporcionar mayor flexibilidad para responder a los cambios originados por los negocios.
• Facilitar la operación con tecnología transparente al usuario.
• Tener menos costo de operación y mayor vida útil.

Fig. 1.3. Edificio inteligente.

3. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES

• Flexibilidad: edificio altamente adaptable (a bajo costo) para aceptar
los continuos cambios tecnológicos.
• Integración: edificio centralmente automatizado para optimizar su
operación y administración.
• Seguridad: altamente seguro y confortable para sus ocupantes.
• Ahorro de energía y agua: altamente eficiente en el uso de la energía
y el agua.

3.1. Flexibilidad del edificio
Para que un edificio pueda considerarse flexible, es necesario prever lo siguiente:

Estructura
Es la que tiene un mayor ciclo de vida, entre 50 y 60 años. Aquí se incluyen todos los elementos ampliamente conocidos por todos nosotros, pero para darle
mayor flexibilidad al edificio será necesario prever plafones registrables y
transitables, ductos adicionales para comunicaciones, cuartos de equipos de
control o comunicaciones en aquellas áreas que así lo justifiquen, espacio
para colocar piso falso, o analizar la orientación de la estructura para apro-

31


32

vechar la luz del sol, y todo aquello que permita darle mayor flexibilidad al
edificio.
Servicios
Aquí se incluyen todos los sistemas que van dentro del caparazón y que generalmente son elementos tecnológicos, cuyo ciclo de vida es entre 15 y 20
años, como sistemas electrónicos y eléctricos; de aire acondicionado y calefacción; hidráulicos y sanitarios; elevadores y escaleras eléctricas; telecomunicaciones e informática; control y seguridad, etcétera.

Acabados
El tiempo de vida de éstos es entre 10 y 15 años. Comprende aquellos elementos de carácter superficial, acabados de pisos, muros, techos, divisiones, etcétera.

3.2. Integración de servicios
El concepto de la integración de servicios no es nuevo en la construcción de
edificios. Desde hace algunos años ya se hablaba de este concepto sin ningún
éxito, pero a raíz del desarrollo de la tecnología en los campos del control,
cómputo y telecomunicaciones, ha tomado una mayor importancia, hasta
volverse fundamental en los llamados “edificios inteligentes”. Todos los servicios que existen dentro de un edificio se pueden incluir en cualquiera de las
siguientes áreas:
•
•
•
•
•

Protección.
Seguridad.
Administración.
Ahorro de energía.
Servicios básicos (agua, energía eléctrica, telecomunicaciones).

Todas estas áreas al establecer un sistema de control básico quedan
integradas a través de la automatización (figura 1.4).


33

AHORRO DE ENERGÍA

CONTROL

SEGURIDAD

INTEGRACIÓN
DE SERVICIOS

PROTECCIÓN

ADMINISTRACIÓN

SISTEMAS
PARA OPERACIÓN

Fig. 1.4. Esquema de la integración de servicios.

3.3. Seguridad
La seguridad es un aspecto fundamental en el diseño de un edificio inteligente, esto implica que la propuesta arquitectónica es vital, incluyendo equipos
contra incendios, rutas de escape para estos tipos de siniestros y otros como
sismos, que permitan a sus usuarios sobrevivir ante una contingencia; pero
especialmente en el diseño se debe considerar que el edificio es seguro independientemente de todas las ventajas tecnológicas, de tal manera que se pueda
trabajar a gusto y producir más el usuario.
Además dentro de este concepto general de seguridad se debe incluir la
seguridad patrimonial, incluyendo todos los adelantos tecnológicos para el


34

control de acceso, desplazamiento interno del personal; cuidado y vigilancia
del inmueble contra el crimen; así como la seguridad en el proceso de la administración de la comunicación (informática), entre otros.

3.4. Ahorro de energía y agua
Con el sistema básico de control en el edificio, realizar un ahorro de consumo
de energía está prácticamente implícito, ya que los equipos serán programados para que operen en situaciones de máximo rendimiento, lo cual se verá reflejado en un ahorro de fuerza laboral, puesto que la productividad se verá
mejorada al integrar todo el control bajo un mismo sistema o programa (software). Asimismo, con la automatización de la instalación hidrosanitaria se
logrará un sustancial ahorro de agua.
Las posibilidades de un sistema de administración con ahorro de energía
y agua son múltiples.
Cabe mencionar las siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Zonificación de la climatización.
Intercambio de calor entre zonas, inclusive con el exterior.
Uso activo o pasivo de la energía solar.
Control automático y centralizado de la iluminación.
Control de horarios para el funcionamiento de equipo.
Control de ascensores.
Programa emergente en puntos críticos de demandas.
Automatización del uso del agua en los muebles sanitarios.
Automatización de la red de distribución del agua.
Reciclado de aguas residuales.

4. ELEMENTOS DE LOS EDIFICIOS INTELIGENTES

Un edificio inteligente está diseñado para optimizar los siguientes cuatro elementos:
•
•
•
•

Estructura del edificio.
Sistemas del edificio.
Servicios del edificio.
Administración del edificio.

Los cuatro elementos anteriores se interrelacionan entre ellos, como se muestra en la siguiente figura:

Fig. 1.5.

35


36
4.1. Estructura

La estructura inteligente tiene como objetivo, incrementar la seguridad de los
ocupantes, aumentar la comodidad, lograr una mayor eficiencia en la energía
y una mayor adaptabilidad a los cambios físicos que se consideran dentro de
la estructura; los cuales son:
• Elevamiento de espacios (altura del piso a techos, pisos falsos y plafones).
• Tratamiento de ventanas.
• Closets de cableados y canalizaciones.
• Materiales a prueba de fuego (cortinas y acabados).
• Mobiliario modular.
Estos elementos de la estructura se enfocan al ahorro de energía, carga y manejo adecuado de las redes de cableado.
Sistemas de pisos elevados
El sistema de pisos elevados en la automatización de la oficina es la solución
práctica y elegante, sin importar el tamaño del área, pequeña o grande, porque las conexiones estarán siempre donde el equipo las requiera como:
computadoras personales, impresoras, salidas de datos (rosetas), teléfonos,
copiadoras y otros, por lo que se considera un elemento importante en la
automatización de la oficina ya que facilita los cableados para alimentar o
conectar los equipos (figura 1.6 y 1.7).
Sistema de mobiliario modular
Es el complemento de la oficina automatizada en el edificio inteligente. El
mobiliario se puede cambiar diario si así se requiere, por lo que es necesario
pensar en muebles modulares, desarmables y con la posibilidad de alojar instalaciones en su interior.
Por lo anterior, podemos concluir que un edificio lleva la etiqueta de flexible si estos cuatro elementos son independientes cada uno entre sí, es decir,
si es necesario realizar un cambio en los servicios no se debe efectuar ningu-


37

Fig. 1.6. Aspecto de piso elevado.

Placa

Travesaño

Empaque
de tierra

Pedestal de aluminio

Fig. 1.7. Detalle de acabados del piso elevado.

38


na modificación en la estructura o con mayor razón, si se requiere realizar una
redistribución del área no se deberá realizar ninguna modificación en los servicios. El caso más común en edificios convencionales sucede cuando se quiere cambiar de oficinas, ya que se tiene que recablear el teléfono y muchas
veces, si se manejan datos, hacer nuevos ductos para el equipo de cómputo, y
resulta muy costosa la reubicación (figura 1.8).

Fig. 1.8. Aspectos de una oficina en un edificio inteligente.


39

4.2. Sistemas para operación del edificio inteligente desde el punto
de vista para su operación
Los sistemas considerados dentro de un edificio inteligente desde el punto de
vista para su operación son:
De servicios
•
•
•
•
•

Sistema hidrosanitario.
Sistema de aire acondicionado, calefacción y ventilación.
Sistema de transporte interno.
Sistema de iluminación.
Sistema de energía eléctrica.

De seguridad y protección
• Sistema contra incendio.
• Sistema para control de acceso y vigilancia.
De comunicaciones
• Instalación telefónica.
• Red de datos.
• Teleproceso.
De control y automatización
•
•
•
•

Control de la seguridad.
Automatización y operación de los sistemas de servicio.
Monitoreo.
Ahorro de energía.

Al considerar estos sistemas se acota la importancia de contar con una
red de cableado lógico que se adapte a las necesidades presentes y futuras.


40

SISTEMAS DE SERVICIOS
El sistema de servicios es aquel que integra las instalaciones que se aplican y
utilizan dentro del edificio inteligente para obtener los servicios primordiales
con que opera, como el suministro y distribución de energía eléctrica; suministro y distribución de agua potable; control, manejo y reciclado de las descargas de aguas negras y jabonosas; la iluminación y el confort adecuados
para una mayor productividad.
El diseño de todas estas instalaciones a diferencia de un edificio normal
serán altamente automatizadas para efectuar su monitoreo, abatir costo en el
mantenimiento y lograr el ahorro de energía.
Las instalaciones que integran el sistema de servicio son:
•
•
•
•
•
•

Eléctrica.
Sanitaria.
Hidráulica.
De aire acondicionado y de calefacción.
De ventilación.
Iluminación o alumbrado inteligente, entre otras.

Las cuales se tratan en particular en las unidades III, IV y VI; excepto la instalación eléctrica, que no es tema de este texto, a continuación se presentan
aspectos generales sobre esta instalación.

EL SISTEMA ELÉCTRICO
Sin ahondar en este tema, pues no es la finalidad del texto, pero sí es conveniente indicar en forma general cuáles elementos deben integrar el sistema eléctrico de un edificio inteligente independientemente de los convencionales y ya
conocidos; principalmente deben incluirse los que a continuación se muestran:
Fuente de energía
Doble acometida: a efecto de garantizar la continuidad del servicio de energía
eléctrica normal, se recomienda proyectar una doble acometida (sistema pri-


41

mario selectivo de energía porque proporciona dos fuentes de energía en el
lado primario, con lo cual se prevé mayor seguridad al sistema secundario)
pero de dos diferentes circuitos de la compañía suministradora, de tal forma
si se presenta una interrupción en el circuito alimentador normal por
cualquier razón, inmediatamente se efectúa la transferencia al segundo circuito a través de un equipo de transferencia de energía (transfer) y con esto se
mantiene la continuidad del servicio de energía eléctrica al inmueble por
parte de la fuente principal de energía.
Subestación
Tipo de subestación unitaria, equipada adicionalmente con equipo de protección y medición con equipos de tecnología de punta, como son relevadores de
protección contra falla a tierra y medición de las magnitudes eléctricas primordiales: tensión, corriente de fase, frecuencia, potencia y energía (figura 1.9).

Fig. 1.9. Subestación compacta (cortesía SQUARED).

Energía de respaldo
En un edificio inteligente no se puede soslayar una fuente de energía que respalde a la principal para situaciones emergentes, por esto se deberá contar con
una planta de energía eléctrica en servicio de emergencia.


42

La capacidad de ésta será seleccionada en función de los criterios que
establezcan la gerencia y el personal de mantenimiento; normalmente se considera la alimentación a elevadores, alumbrado de emergencias, equipo de la
central de servicios (casa de máquinas), salas de cómputo, todo lo relacionado con informática y los equipos de comunicación, entre algunos otros.
Este equipo debe contar con material de transferencia automática para
que su arranque precisamente sea en automático, cuando falta la energía eléctrica de la compañía suministradora (figura 1.10).

Fig. 1.10. Planta eléctrica de emergencia.

También como energía de respaldo hoy es aceptado en el edificio
inteligente el servicio de:

Energía ininterrumpida
Conocido como equipos de UPS, particularmente para servir al equipo de
informática, faxes y equipo de comunicación (PBX). Es conveniente que al
igual que una subestación o planta de emergencia; este equipo requiera de
espacio y banco de baterías y por el peso que representa también deba considerarse en el diseño estructural del edificio (figura 1.11).


43

Fig. 1.11. Equipo de energía ininterrumpible.

ESQUEMA DEL SISTEMA ELÉCTRICO EN UN EDIFICIO INTELIGENTE

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Donde:
1. Equipo de transferencia automático.
2. Subestación eléctrica.

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44

3. Tablero general de distribución inteligente.
4. Planta de energía eléctrica en servicio de emergencia.
5. Unidad de energía ininterrumpible.
6. Motobomba de emergencia.
El sistema es alimentado con dos fuentes de energía eléctrica a través de dos
circuitos de la compañía suministradora los cuales se operan mediante un
equipo de transferencia (transfer); además cuenta con energía de respaldo por
medio de una planta de energía eléctrica (motor de combustión) y las unidades de UPS (energía ininterrumpible).

Distribución de energía
Para la distribución de la energía eléctrica será necesario contar con:

Tableros generales de distribución
Este equipo adicionalmente debe contar para la interrupción y protección
general del sistema de baja tensión con interruptores electromagnéticos, los
cuales son de operación automática y, además, con un módulo de comunicación para enlazarlos al PLC y de esta manera monitorear los diferentes parámetros de energía eléctrica y ajustar la calibración de disparo; entre otras
funciones.
El tablero general de distribución se debe equipar con un monitor de circuitos para la adquisición de datos y control del sistema de baja tensión;
algunos de los datos que se obtienen con este equipo son por ejemplo: lecturas de demandas (corriente instantánea por fase pico, demanda de potencia
real, aparente); lecturas de energía (energía acumulada real, reactiva y
aparente), lectura de medición en tiempo real (frecuencia, factor de potencia,
corriente por fase, tensión entre líneas, línea neutro, temperatura). Como
estos equipos cuentan con un módulo de comunicación a PLC esto permite un
total monitoreo del sistema eléctrico por parte de la gerencia del edificio
inteligente. En este caso el PLC sirve como interfase entre tablero y sistema de
administración del edificio (figuras 1.12 y 1.13).


)NTERRUPTOR
AUTOMÉTICO

45

-ONITOR DE
CIRCUITOS

)NTERFASE

4ABLERO GENERAL
DE DISTRIBUCIØN
INTELIGENTE

-ONITOREO DE
PARÉMETROS

3ISTEMA DE ADMINISTRACIØN

Fig. 1.12. Aplicación del tablero general inteligente de distribución.

Fig. 1.13. Tablero general de distribución
inteligente del mercado nacional
(cortesía de SQUARED).


46
Tableros de alumbrado

Hoy en día existe una nueva generación de tableros para controlar el alumbrado en forma automática; en el diseño de la instalación eléctrica de alumbrado
de un edificio inteligente, independientemente de los criterios para la automatización del alumbrado en áreas específicas, se deben instalar este tipo de
tableros, los cuales permiten tener el control de las cargas de alumbrado que
se encuentran conectadas en los circuitos derivados y son controladas por los
interruptores termomagnéticos mediante una computadora a través de un
programa específico, y con esto efectuar la programación del alumbrado por
tiempo y por entrada del personal; asimismo, esto hace posible el monitoreo
del alumbrado. Estos tableros denominados inteligentes existen en el mercado y están equipados con actuadores (pequeños motores a 24V, C.D.) que
operan los interruptores termomagnéticos y un módulo de enlace a una computadora personal; y con programas específicos (software de monitoreo), es
posible programarlos (figuras 1.14 y 1.15).
4ABLERO INTELIGENTE
DE ALUMBRADO
#IRCUITO ALUMBRADO
LOBBY PASILLOS
3ISTEMA
SEGURIDAD
#IRCUITO ALUMBRADO
LOBBY Y SALAS
)NTERRUPTOR DE
TEMPORIZADO

#IRCUITO ALUMBRADO
ESTACIONAMIENTOS

$ISPOSITIVO
DE CONTROL
O INTERFASE

OTOCELDA
CONTROL

#IRCUITO ALUMBRADO
EXTERIOR

%NLACE
PLANTA
EMERGENCIA

Fig. 1.14. Sistema de administración.


47

Fig. 1.15. Tablero de alumbrado inteligente del
mercado nacional (cortesía de SQUARED).

EL SISTEMA DE TRANSPORTE INTERNO
Los sistemas de transporte interno en el edificio inteligente se integran básicamente por elevadores (transporte vertical), escaleras eléctricas y bandas
transportadoras; pero hay casos donde se incluye transporte neumático para
envío de documentación en cápsulas, el cual a pesar de su flexibilidad en la
instalación e impacto energético, no ha tenido una total aceptación para que
sea una aplicación general en todos los inmuebles (figura 1.16).

Fig. 1.16. Escaleras electromecánicas.


48

Los elevadores con la tecnología de la automatización, han evolucionado
a tal grado que se consideran con su propia inteligencia, sin embargo, requieren estar interconectados al sistema central de automatización para ser
controlados en casos de emergencia o para control de acceso, y además para
efectuar un monitoreo de éstos.
Cuando se habla de funcionalidad en un inmueble para oficinas, se debe
considerar, en la etapa de diseño, el número de elevadores necesarios para
una atención correcta del tráfico en el edificio, por esta razón a efecto de que
el lector tenga una idea de los aspectos conceptuales durante el diseño de equipamiento del transporte vertical para un edificio inteligente, se mencionan a
continuación tres:
• Definición de las características primordiales.
• Determinación de las funciones propias y aquellas entrelazadas a la
red del edificio.
• Mantenimiento.

Fig. 1.17. Cabinas de elevador.


49

Definición de las características primordiales
Un equipo de transporte vertical es un conjunto de funciones, cuyas características principales son:
• Capacidad
• Velocidad
• Número de elevadores
Capacidad: para su determinación es importante la estimación adecuada del
2
número de usuarios total del edificio. Una regla general es considerar 10 m
de superficie utilizable por persona. Pero también es conveniente considerar
la normatividad en cuestión; ésta señala “que los elevadores desalojen cierto
porcentaje del número total de usuarios en un intervalo de tiempo, para no
exponer la seguridad del usuario”.
Este criterio de capacidad también debe ser aplicado en las escaleras
electromecánicas y bandas.
Velocidad: la velocidad está en función de la capacidad de respuesta deseada
para atender la “llamada”. Por ejemplo en más de una ocasión hemos tenido
que esperar un rato para abordar el elevador; esto puede ser porque la velocidad con que cuenta no es la correcta.
Número de elevadores: esta característica en combinación con la velocidad
puede minimizar los tiempos de espera, en atención a que un mayor número
de elevadores garantiza una atención más rápida de las “llamadas”.
Determinación de las funciones y aquellas entrelazadas
a la red del edificio
Todo equipo de transporte vertical actúa conforme a las funciones que son
programadas desde un principio, por ejemplo, retorno automático a P.B. o
bien la ubicación automática en cierto piso del edificio.
A continuación se enlistan algunas funciones:
1. Viaje directo a piso.
2. Cancelación de llamada.


50

3. Mando bomberos.
4. Desactivación de elevador.
5. Servicio de emergencia.
6. Acceso restringido.
7. Operación con planta de emergencia.
8. Interruptor sísmico.
9. Circuito cerrado de televisión.
10. Avisos orales.

Mantenimiento
Las fallas en los equipos de transporte vertical generalmente son esporádicas,
sin embargo, cuando éstas ocurren debe tratarse de identificar la falla y reportarla al personal de mantenimiento especializado en elevadores. Normalmente el tiempo transcurrido entre la identificación de una falla y la notificación
al personal especializado responsable de corregirlo, puede resultar mucho
más del deseado; por consiguiente se deben proporcionar medidas de seguridad adicionales para los pasajeros, así como informarles de las medidas que
en ese momento se están tomando para su rescate.
Lo anterior conlleva a establecer en la etapa de diseño la programación
de una comunicación entre la cabina y el centro local de servicio, en ambos
sentidos. En el mercado nacional hay empresas especializadas en el transporte
vertical y son capaces de ofrecer este servicio, pero además se debe solicitar la
implementación a efecto de minimizar dichos tiempos (tareas de reparación):
• Monitoreo permanente a través de adquisición de datos.
• Transmisión automática de los datos al centro de servicio en el caso
de falla del equipo.
Todo esto es posible gracias a los beneficios de la automatización de los
edificios inteligentes.


51

SISTEMA DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN
Dentro de la seguridad existen dos aspectos, la protección del patrimonio y la
protección de las personas. Para ello se debe instalar un sistema integral de
seguridad que abarque los propios requerimientos; éstos podrán variar en el
edificio en cuestión del país o zona donde éste se ubique. Dentro de la seguridad se tiene:
•
•
•
•
•
•

Circuito cerrado de televisión.
Vigilancia perimetral.
Control de accesos.
Control de rondas de vigilancia.
Intercomunicación de emergencia.
Seguridad informática, etcétera.

Dentro de la protección relacionada con las personas y patrimonio del
edificio, se destaca:
•
•
•
•
•
•
•
•

Detectores de movimiento sísmico.
Detección de humo y fuego.
Detección de fugas de agua.
Monitoreo de equipo para la extinción de fuego.
Red de rociadores.
Absorción automática de humo.
Señalización de salida de emergencia.
Voceo de emergencia.

De éstos, el sistema de protección se comenta en la unidad V con el
proyecto de una red contra incendio.

El sistema de seguridad
Este sistema debe atender dos aspectos principales, los cuales son el control de
acceso y su tránsito en el interior del inmueble; así como la vigilancia y supervisión del edificio.


52

Lector banda
magnética
Lector
biométrico

Ingreso
empleados

Otras lectoras
Código de
barras
Fotografías
Control y
monitoreo

Interfase

Impresora

Ingreso
visitas

Usuarios
edificio

Otras lectoras
Lectores de
proximidad
Teclados
Lector
biométrico

Control
desplazamiento
interno

Actuadores de puertas
peatonales y vehiculares

Sensores ruptura
de cristales

Fig. 1.18. Esquema del control para acceso y desplazamiento de usuarios
en el edificio inteligente.

Control de acceso
La seguridad patrimonial de un edificio inteligente, comienza con el control
de acceso del personal y de su desplazamiento interno; por esto el control de
acceso tiene como finalidad controlar quién puede entrar a qué área o local y
en qué momento. Es decir, si se pasa por alto el control de acceso en función
del espacio o del tiempo no se puede tener la garantía de un control de acceso eficaz y confiable.


53

En el control de acceso al edificio se presentan principalmente dos eventos por controlar:
1. Control de ingreso del personal
a) Interno (empleados)
b) Externo (visitas, proveedores, etc.)
2. Control de desplazamiento interno del personal
En el ingreso de personal se distinguen dos tipos: el personal que labora
en el edificio (empleados) y el personal externo, que son personas que visitan
al edificio para efectuar diferentes actividades y su presencia es temporal.
Por esta razón, al momento de instalar el sistema de seguridad para el
control de acceso, se debe aplicar en particular una solución para cada tipo de
ingreso del personal.
En la actualidad, normalmente cualquier punto que pueda asegurarse
con una cerradura es susceptible de ser controlado con un sistema electrónico, de manera que garantice el ingreso sólo a las personas autorizadas a las
áreas controladas (espacios) en el horario establecido (tiempo).
El punto débil de una cerradura siempre será la llave; esto significa que
una llave puede ser fácilmente duplicada, perdida o robada; lo cual implica un
gran riesgo de perder el control de quien entra a las áreas restringidas.
Un sistema electrónico de control de acceso es una alternativa de solución confiable, para este caso, pues cada persona recibe una tarjeta o un código el cual restringirá su acceso a áreas controladas o que se desean controlar.
Con este sistema, si una tarjeta es perdida o robada o un código deja de ser
confiable, basta con darlo de baja del sistema y dar de alta el nuevo código, lo
cual garantiza la seguridad en el inmueble.

Tipos de tarjetas y lectores de tarjeta
Los elementos que sustituyen a la llave y cerradura tradicional son las tarjetas
codificadas y su lector correspondiente. Actualmente existen en el mercado
diferentes opciones en cuanto a tipos de tarjetas y lectores, pero las más comunes son las siguientes:


54
•
•
•
•
•
•

Efecto Wiegand.
Banda magnética.
Tarjetas y lectores de proximidad.
Código de barras.
Teclados.
Lectores biométricos.

Fig. 1.19. Control de acceso: lector biométrico y tarjeta de banda magnética.

Cada aplicación es distinta para cada evento en el control de acceso, por
lo que es importante elegir adecuadamente la tecnología, pues cada una representa una solución ideal para cada caso; pero también, de no hacerse correctamente, puede resultar totalmente inadecuada por costo y funcionalidad.
En resumen, un sistema electrónico de control de acceso ofrece los beneficios siguientes:
• Incremento en la seguridad.
• Disminución de costos.
• Posibilidades de generar reportes.


55

y sus aplicaciones típicas son:
• Control de acceso al edificio.
• Control interno de las visitas.
• Control en áreas restringidas por:
a) horario
b) día de la semana
c) fecha

Fig. 1.20. Fotografías de control de acceso al edificio.

Además si se enlaza (interfase) al sistema administrativo se puede transferir información al programa de nóminas como:
• Faltas y retardos del personal.
• Contabilización de comidas.
• Elaborar reportes y estadísticas.
Este sistema lógicamente se debe manejar con una computadora personal, pues con el uso de este equipo se facilita la operación del sistema de control de acceso.


56
Vigilancia

Otro aspecto de la seguridad en el edificio es la vigilancia y la supervisión. Un
sistema de seguridad se instala por necesidad de tener vigilancia en lugares
donde las áreas por cubrir son bastantes extensas o bien por ser una área de
riesgo para la integridad de personas o para aviso de cualquier eventualidad.
Los sistemas de seguridad pueden ser tradicionales; con guardias de seguridad destacados en los puntos que se desea vigilar o proteger dentro del
edificio inteligente; esto implica una nómina de personal exclusiva y especial
para las funciones de vigilancia y protección con un alto costo para la administración del inmueble.

Cámaras

Secuenciador

Sensores de
movimiento

Videograbadoras

Multiplexor

Monitores

Fig. 1.21. Esquema para vigilancia y supervisión a través de un CCTV
en el edificio inteligente.

Circuito cerrado de televisión (CCTV )
El circuito cerrado de televisión es la solución para eliminar las cuadrillas destacadas a efectuar las tareas de vigilancia y protección y, lograr el abatimiento


57

de costos en la administración del edificio, pues este sistema permite una vigilancia y supervisión eficaz multipunto del personal, áreas e instalaciones;
además es útil en la aclaración de fraudes y cualquier otro tipo de siniestros
con la grabación de eventos.
La aplicación de un sistema de CCTV, permite cumplir con las finalidades
siguientes:
• Seguridad preventiva para la integridad del personal usuario y resguardo de los valores del inmueble.
• Herramienta para el personal de seguridad.
• Grabación de imágenes en función de eventos.
• Abatimiento de costos en la vigilancia y supervisión.
Un CCTV, básico estará formado por un grupo de cámaras de tv, dispuestas en
las áreas o puntos que se desean vigilar, un multiplexor, una videograbadora
y un monitor. Este sistema de CCTV, se ilustra a continuación.
Cámara 1

Cámara 2

Cámara 3

Multiplexor
Videograbadora

Monitor

Fig. 1.22. Esquema de un CCTV básico.

Cámara 4


58

En este CCTV, la imagen es captada por cualesquiera de las cámaras instaladas
en el interior o exterior del edificio, y pueden ser visualizadas en la pantalla de
monitoreo; además el usuario puede grabar los eventos con la videograbadora.
Un sistema más completo de CCTV, es aquel que incluye sensores y alarmas; el cual es controlado y monitoreado por una PC, como el que se presenta en la figura 1.23.

Sensor 1

Cámara 1

Sensor 2

Cámara 2

Monitor

Sensor 3

Cámara 3

Sensor 4
Cámara 4

Lámpara de
alarma

Sirena

Cuarto de vigilancia

Acceso a través de Internet,
LAN o línea telefónica

Videograbadora digital
inteligente
Impresora

Sistema de administración

Fig. 1.23. Sistema típico de CCTV para monitoreo remoto.

Este sistema controlado y monitoreado a través de una computadora personal satisface la necesidad del usuario en las zonas o áreas por supervisar y
vigilar el edificio inteligente, en el grabado de imágenes y datos para una
supervisión remota, la cual se efectúa a través de Internet, Red Lan o línea
telefónica específica para este servicio.


59

La aplicación de sensores o la integración de éstos es porque un sistema
de seguridad se concibe por áreas o zonas por proteger, por lo cual una misma
área puede tener diferentes tipos de sensores; por ejemplo, sensores de ruptura de cristal o sensores infrarrojos de movimiento para detectar presencia
de individuos.
Estos dispositivos se pueden instalar o asignar a las áreas que se desean
proteger; por ejemplo, en puertas de acceso o ventanas de oficinas, las cuales
se monitorean cuando ocurre una condición de alarma.
Lógicamente este sistema de CCTV, se debe operar con un software específico (véase figura 1.23), que efectúe las funciones siguientes:
•
•
•
•
•
•
•

Monitoreo y grabación.
Reproducción de imágenes.
Búsqueda y control remoto por Internet y otro medio.
Diversidad en despliegue de pantalla (una o más imágenes).
Detección de movimiento programable.
Impresión de reportes.
Entre otras que se deseen programar.

Sistema de comunicación
Los sistemas de comunicaciones deben ser parte de un edificio inteligente y
tienen como función desviar y pasar la comunicación de voz y de datos dentro del edificio, y la conectan (la comunicación) a otros sistemas fuera del edificio.
Los sistemas de comunicación de muchos edificios modernos usan una
rama de intercambio automático privado, también conocido como controlador de switcheo de datos (PBX) y funciona como unidad procesadora central
de la oficina. Este controlador de switcheo de datos (PBX) es capaz de transmitir tanto voz como datos usando señales digitales a través de alambres telefónicos convencionales o de fibra óptica y el lugar donde se instala el PBX es
conocido como “SITE” (sitio).


60

Cámara

Videograbadora

Monitor

Multiplexor

Sensor

Fig. 1.24. Elementos principales de un CCTV.

Comunicaciones telefónicas
Las funciones típicas del PBX que proporcionan para comunicación telefónica
son:
•
•
•
•
•

Acceso a portadores de larga distancia múltiple dentro del edificio.
Registro detallado de todas las llamadas que entran y salen.
Marcado abreviado.
Envío y transferencia automática de llamadas.
Centros de mensajes.

Transferencia de datos
En el área de transferencia de datos el PBX puede funcionar como:
• Red de área local de baja velocidad para estación de datos.
• Salida de una red de área local específica.
• Suministrar acceso a base de datos externos como texto remoto y
videotexto interactivo.
Un sistema de telecomunicaciones típico para un edificio inteligente


61

cuenta con un PBX, antena de microondas y en el interior del edificio enlaza
elementos como teléfonos, computadoras personales, red de datos de área local, como se muestra en la figura 1.26.
La integración de los servicios del edificio inteligente se logra a través del
PBX, figura 1.25, enlazando el sistema de telecomunicaciones con el sistema de
administración del edificio y el sistema de administración de información
(Red de datos).

Fig. 1.25. Controlador de switcheo
de voz y datos (PBX).


62
Telecomunicaciones

Satélite o antena
de microondas

Teléfono

Servidor
Teléfono

Computadora
personal

Computadora
personal

Teléfono
Red de área local
Al sistema de
administración
del edificio

A la compañía local
de teléfonos portadores de
larga distancia múltiples
y fuentes de datos

Fig. 1.26. Ejemplo típico de comunicación en un edificio inteligente.


63

Sistema de control y automatización
El sistema de control y automatización en el edifico inteligente tiene como
objetivo automatizar los diferentes sistemas que intervienen para su operación, seguridad y su administración, para que permita supervisar y monitorear la operación y el estado de las distintas instalaciones que intervienen en
los sistemas y actuará o funcionará de acuerdo con lo propuesto en el diseño
del programa (software), evitará fallas dentro del funcionamiento de éstas;
asimismo, será responsable de los distintos grados de comodidad y de llevar
las estadísticas de mantenimiento para cada equipo eliminando así las grandes cuadrillas de personal para tener en funcionamiento todas las instalaciones, como por ejemplo:
•
•
•
•
•
•
•
•

Instalación eléctrica.
Instalación de aire acondicionado y ventilación.
Instalación hidrosanitaria.
Elevadores y escaleras eléctricas.
Accesos al edificio.
Sistemas de alumbrado.
Vigilancia perimetral.
Sistema contra incendio, etcétera.

Un sistema básico de control y automatización es el que se representa en
forma esquemática en la figura 1.3; donde su utiliza el controlador lógico programable (PLC) para enlazar los diferentes sistemas de operación en un edificio inteligente y un computador (ordenador) personal para monitorear las
diferentes operaciones y funciones de éstos, así como para imprimir los
reportes deseados, todo en función del programa o software diseñado e instalado previamente (figura 1.27).
Este sistema se trata en detalle, en la siguiente unidad.

4.3. Los servicios del edificio
Además de los sistemas antes mencionados para su funcionamiento, el concepto de edificio inteligente debe de contar con servicios como:


64

• Voz, datos y videocomunicaciones.
• Automatización de los transportes internos como elevadores, escaleras y pasillos.
• Compartición de salas de junta.
• Operación fuera de horario o bien, operación en horarios extraordinarios.
• Estacionamiento.
Estos servicios se enfocan al ahorro de energía, carga y manejo adecuado
de las redes de cableado.

Sistema
hidrosanitario
Sistema de aire
acondicionado
y calefacción

Sistema
de protección
Sistema
de seguridad
Sistema de
comunicaciones
Dispositivos
de control
PLC

Sistema
eléctrico

Monitoreo

Servicios del
edificio

Fig. 1.27. Esquema del sistema de control y automatización para los sistemas
de operación en el edificio inteligente.


65

La red de datos para la administración de la información
Un sistema de administración de información incluye la automatización de la
oficina y el equipo de procesamiento electrónico de datos. La automatización
de la oficina normalmente incluye:
• Iluminación inteligente.
• Comunicación interoficinal (correo electrónico).
• Producción-reproducción de documentos (procesamiento de
palabras).
• Archivo electrónico de datos.
Generalmente este último se refiere a la conservación de registros en
computadora, administración de base de datos y análisis de hojas de cálculo.
Para lograr la automatización del proceso de la administración, de la
información y de los equipos que intervienen, se utilizan redes que se han
vuelto muy comunes, porque facilitan la comunicación y permiten una eficiente administración de la información, como la recuperación de datos,
material escrito, y/o funciones de palabra y otras tareas.
Las redes de área local (LAN), se están instalando cada vez más y están
integradas por computadoras, fax, impresoras y estaciones de trabajo que
pueden funcionar independientemente o compartiendo datos y equipo periférico con otros, como se muestra en la figura 1.28 y forman parte del concepto edificio inteligente.

4. 4. Administración del edificio
Dentro del sistema de administración de un edificio inteligente se consideran
los:
• Sistemas de control y automatización.
• Mantenimiento de la propiedad o inmueble.
• Operación de los sistemas básicos.
• Mantenimiento de los sistemas.
• Reporte de energía y eficiencia.
• Monitoreo de los sistemas.


66
Fax

Impresora

Procesador
de palabras

Computadora
personal

RED DE DATOS LOCAL

Servidor

Impresora

Computadora
Marco principal

Otras
estaciones y
redes de datos
dentro y fuera
del lugar
Procesador
de palabras

Computadora
personal

Fig. 1.28. Informática.

67

3)34%-!3 $%
!$-).)342!#)œ.
$%, %$))#)/

4ELECOMUNICACIONES
4ELÏFONO
AX
6IDEOTEXTO
#ORREO ELECTRØNICO
-ODEM

s -ONITOREO
s 0ROGRAMA DE MANTENIMIEN
TO
s (ORARIOS
s %TC

s
s
s
s
s
s

3)34%-!3
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s 6ENTILACIØN
EXTRACCIØN EN ESTA
CIONAMIENTO
s 0RODUCTOS NATURALES JARDINE
RÓA
s 3ISTEMAS DE CORREO
s 4RATAMIENTO DE AGUAS

s
s
s
s
s
s

)NCENDIOS
#ONTROL DE ACCESO
%VACUACIØN
##46
3E×ALIZACIØN
%TC

3)34%-!3
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9 3%'52)$!$

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s
s
s
s
s
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3)34%-!3 $%
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)LUMINACIØN )NTELIGENTE
!IRE ACONDICIONADO
6ENTILACIØN
#ALEFACCIØN
(IDROSANITARIO
%LÏCTRICO

3)34%-!3 $%
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$%, %$))#)/

3)34%-!3 %30%#)!,%3

s
s
s
s

3%26)#)/3
$%, %$))#)/

2ED DE DATOS
ASES DE DATOS
(OJA DE CÉLCULO
%STACIØN DE TRABAJO

3)34%-!3
$% !54/-!4):!#)œ.
$% /)#).!3

3ISTEMA DE TECHO
3ISTEMA DE PAREDES
3ISTEMA DE PISOROSETAS
3ISTEMA DE MOBILIARIO

%LEVADORES
%SCALERAS ELÏCTRICAS
%STACIONAMIENTO
/PERACIØN FUERA DE HORA
RIO
s 6ENTILACIØN EN ESTACIO
NAMIENTO

s
s
s
s

s
s
s
s

5. ESQUEMA CONCEPTUAL DEL EDIFICIO INTELIGENTE

6. EJERCICIO

Pensemos que un empresario tiene inquietud de construir un inmueble y
solicita algunas recomendaciones generales sobre edificios inteligentes. ¿Qué
recomendaciones haría usted?
Un método para establecer algunas recomendaciones sería plantearse
preguntas y respuestas como a continuación se presentan:

1. ¿Un edificio inteligente es garantía contra la obsolescencia de una inversión
inmobiliaria?
Respuesta:
Sí, porque un edificio inteligente es la respuesta a nuevos conceptos en
espacio para oficinas, ya que eficienta y humaniza; además un edificio
inteligente es la respuesta mejor y a menor costo a las necesidades de los
usuarios, son más rentables y más fáciles de comercializar.

2. ¿Qué aspectos recomendaría tomar en cuenta para su diseño?
Respuesta:
I. Los elementos de un edificio inteligente:
• Estructura física del edificio.
• Sistemas del edificio.
• Servicios del edificio.
• Administración del edificio.

69


70
II. De funcionalidad:
•
•
•
•
•
•
•
•

Flexibilidad para aceptar continuos cambios.
Integración de los servicios.
Ahorro de energía.
Ahorro de agua.
Automatización de los sistemas para operar el edificio.
Automatización de los servicios generales.
Seguridad y protección.
Control centralizado.

3. ¿De los sistemas de servicios para la operación del edificio inteligente en
cuáles recomendaría su automatización?
Respuesta:
A efecto de no caer en una sofisticación en el control, se recomendaría
automatizar principalmente:
•
•
•
•
•
•
•

El sistema del aire acondicionado.
El sistema hidrosanitario.
La iluminación.
La red contra incendio.
El sistema de seguridad y vigilancia.
El sistema de comunicaciones.
Servicios generales, como transporte interno, estacionamientos, horarios extraordinarios, la red de voz y datos, entre otros.

Todo esto con la finalidad de lograr una integración de servicios, ahorro
de energía y agua.

4. ¿Qué tipos de dispositivos recomendaría utilizar para lograr el control y la
automatización?


71

Respuesta:
Para los dispositivos de control, el controlador lógico programable y para
lograr la automatización un programa específico con una computadora.

5. ¿Cuál tipo de control recomendaría aplicar?
Respuesta:
Un tipo de control centralizado, que permita la administración de los diferentes tipos de sistemas que integran el concepto de edificio inteligente.

6. En aspectos de seguridad ¿Cuáles recomendaría?
Respuesta:
I. Un sistema de vigilancia con circuito cerrado de televisión para la vigilancia externa, de los accesos al edificio y los estacionamientos.
II. Control de acceso al edificio y en áreas especiales como informática,
central de servicios, entre otras; utilizando cámara de televisión, lectores
de tarjeta, reconocimiento de iris, de huellas digitales y en el acceso al edificio hasta detectores de metales, todos ellos monitoreados durante los
horarios de operación del edificio.

7. ¿Para la comunicación de voz y datos dentro y fuera del edificio qué recomendaría?
Respuesta:
Un dispositivo de intercambio automático privado, como es “el controlador de switcheo de datos” (PBX) y para el enlace externo un sistema de microondas o bien línea privada de la compañía telefónica. Esto último se
tendría que evaluar desde un enfoque técnico-económico, considerando la
renta de la línea o líneas privadas contra la inversión inicial de la infraestructura de un sistema de microondas; para efectuar la factibilidad de
enlace externo, se recomendaría hacerlo con especialistas del área de comunicaciones.

72


8. ¿Se recomendaría utilizar un sistema de piso elevado?
Respuesta:
Sí, porque se ha demostrado que éste es el sistema más eficiente para la distribución de los cables en las diferentes instalaciones de los sistemas que
alojan un edificio inteligente. Además de que facilita los cableados cuando
se efectúan cambios en las oficinas.

9. ¿Además de un edificio para oficinas, en cuáles otros aplicaría el concepto
de edificio inteligente?
Respuesta:
El concepto aplica a otros inmuebles como:
• Hoteles.
• Hospitales.
• Escuelas.
• Centros comerciales (haciendo énfasis en el control de energía,
incendios y la vigilancia).
• Entre otros.

UNIDAD II

PRINCIPIOS BÁSICOS
DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN;
SU APLICACIÓN EN EL EDIFICIO INTELIGENTE

Finalidades de la unidad

Una de las finalidades de esta unidad es proporcionar información básica
para el diseño de los circuitos de control, por esto se presentan las funciones
de control y componentes empleados, como son dispositivos de mando;
asimismo, la forma de representar estos circuitos para su desarrollo y comprensión, sin pasar por alto la simbología más comúnmente empleada.
En el renglón de la automatización se presenta información del controlador
lógico programable PLC en su forma descriptiva, debido a que no es el propósito
principal de este libro ahondar en su diseño y programación. Únicamente se pretende que el lector tenga conocimiento general de éste para su aplicación como
solución a la automatización en las diferentes áreas del edificio inteligente.
En esta unidad también se pretende que cualquier lector relacionado con
el mercado del edificio inteligente, ya sea arquitecto, ingeniero o empresario,
comprenda los fundamentos del control y la automatización dada la importancia que tiene la aplicación en este campo. En el caso del lector con conocimientos en la materia, estudiante o técnico profesional éstos le servirán para
comprender las diferentes aplicaciones de control que se presentan en los
capítulos siguientes del texto.

73

74


Otra finalidad es identificar en cuáles áreas o sistemas del edificio se tiene
aplicación del control y la automatización.

1. ANTECEDENTES DEL CONTROL ELÉCTRICO

Desde la aparición del motor eléctrico en la factoría o industria como elemento clave en el suministro de la fuerza motriz para impulsar las máquinas
utilizadas en los procesos industriales, la máquina con este cambio (el de motor eléctrico acoplado directamente) adquirió una nueva dimensión en el
proceso; con esto se pudo enfrentar una demanda mayor de producción, este
cambio permitió realizar con mayor frecuencia y más rápidamente los arranques y los paros de las máquinas, surgiendo así la necesidad de controlar el
arranque y paro del motor eléctrico, lo cual hizo posible introducir algunas
operaciones automáticas.
Actualmente se han automatizado procesos completos y algunas plantas
más evolucionadas incluyen la robotización de una o varias etapas del proceso
de producción, por ejemplo, las armadoras de automóviles y otras en el área
de lácteos.
El funcionamiento automático de una máquina se obtiene exclusivamente
por la acción del motor eléctrico y el control de la máquina. En algunas ocasiones este control es totalmente eléctrico y otras veces es una combinación de
control mecánico y eléctrico (control electroneumático); sin embargo, los
principios básicos que se aplican son los mismos.
La máquina moderna se integra en tres partes que es necesario conocer:
la máquina propiamente dicha (ventilador, bomba, molino, etc.) que está proyectada para realizar una determinada tarea o un tipo de trabajo; el motor, el
cual es seleccionado en función de la máquina como carga, ciclo de servicio y
tipo de funcionamiento, y el sistema de control, que es el tema de interés por
tratar en esta unidad. La figura 2.1 muestra este concepto.
El sistema de control está supeditado a los requisitos y condiciones de funcionamiento del motor y de la máquina; si únicamente es necesario que la má-

75


76

quina arranque durante un tiempo y se pare, el control puede ser un simple
interruptor de palanca, pero si es menester que arranque, se pare durante
algunos segundos y luego repita el ciclo o bien realice algún otro tipo de función, entonces requerirá varias unidades integradas de control.

Motor

Máquina

Control

Fig. 2.1. Polipasto eléctrico.

Corolario:

“Al incorporar el motor eléctrico y acoplarlo directamente a la máquina que requiere fuerza motriz en
cualquier proceso industrial, nace simultáneamente la
necesidad de controlar dicha máquina.”

2. ¿QUÉ ES CONTROL?

Como al principio de este capítulo se comentó, es el propósito de presentar
los principios básicos y de los componentes de control y explicar cómo deben
de asociarse para constituir los circuitos de control, por esto el primer cuestionamiento es:

¿Qué es un control motor?
La palabra control significa, gobierno, mando, regulación; de esta manera
cuando se habla del control de un motor o máquina, se entiende como el gobierno, mando o regulación de las funciones del motor o máquina.

Definición de control eléctrico

“En sistemas de control eléctrico, se entiende como el
control de un motor, máquina o cualquier mecanismo
referido al mando o regulación de las funciones de
dicho motor, las cuales pueden ser arranque, paro, regulación de velocidad o inversión de giro de marcha.”

Cada elemento del equipo utilizado para controlar o mandar un motor se le
llama componente de control y puede ser:

77


78
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Arrancador.
Estación de botones.
Interruptor de dos o tres posiciones.
Cualquier tipo de sensor.
Lámparas pilotos indicadoras.
Relevadores de contactos instantáneos.
Relevadores de tiempo (temporizadores).
Contadores.
Etcétera.

Definición de controlador

Un controlador eléctrico es aquel dispositivo o grupo
de dispositivos que controlan o regulan las funciones
de un motor eléctrico de manera predeterminada o en
una secuencia previamente determinada.

3. TIPOS DE CONTROL ELÉCTRICO

Existen tres tipos de control a conocer y son:
• Control manual.
• Control semiautomático.
• Control automático.

Control manual
Es una forma de mando o regulación del motor o máquina, que se ejecuta
manualmente en el mismo lugar que se encuentra el dispositivo de control y
la máquina que se desea controlar.
Un dispositivo de control manual sencillo y el más conocido es el arrancador manual para motores de potencia pequeña a tensión nominal.

Fig. 2.2. Arrancador manual con palanca y arrancador manual con botón pulsador.

79


80

El arrancador manual se utiliza cuando sólo es necesaria la función de
puesta en marcha y parada del motor. Este tipo de arrancador nos suministra
las mismas funciones del control manual, además, se caracteriza por la acción
de un operador que debe mover una palanca en el caso del interruptor pulsar un botón cuando el dispositivo es un arrancador manual (figura 2.2) para
que efectúe cualquier cambio de las condiciones del funcionamiento de la
máquina. Por ejemplo, en la figura 2.3 el operador, al pulsar el botón de arranque, la bomba empezará a llenar con agua el tinaco y efectuará la parada con
el botón de parar, en ese momento la bomba interrumpirá el suministro de
agua.
LÍNEA

Protección del circuito derivado
de fuerza (interruptor)

Botones
pulsadores
Tinaco

Arrancadores
Motor
eléctrico

Bomba

Agua

Cisterna

Fig. 2.3. Representación esquemática del control manual de una máquina
(bomba de agua).

El control manual de una máquina con motor eléctrico representado en
forma esquemática en la figura 2.3 tiene una representación en un lenguaje
escrito de control que es el diagrama lineal del circuito de control, de tal manera que este tipo de control se representa en la figura 2.4.
NOTA: Se asume un motor trifásico, por esto se indica la protección de sobrecarga para dos fases.
El diagrama lineal de control de la figura 2.4 representa el control de la
operación manual del llenado de agua de un tinaco a través de una bomba, la

UNIDAD II. PRINCIPIOS BÁSICOS DE CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

Botones
pulsadores

81
Control
manual

Arrancador

L1

N
P

A

arrancar

OL OL

Operación,
arranque y
paro manual

M1
parar
M1
Caja moldeada
del arrancador electromagnético

Fig. 2.4. Diagrama lineal del control manual para una máquina con motor eléctrico
(bomba para agua) utilizando un arrancador electromagnético.

cual se pone en funcionamiento al pulsar el botón arrancar, y cuando se llene
el tinaco la bomba se detiene al pulsar el botón parar, otra alternativa para
hacer la misma operación manual es utilizar un arrancador manual, como se
observa en el ejemplo siguiente:
LÍNEA

Arrancador
manual
Motor
eléctrico

de fuerza
Palanca
interruptor

Tubería con
agua

Llenado

Tinaco

Bomba
Tubería
con agua
Máquina: Bomba para agua
Agua

Cisterna

Fig. 2.5. Diagrama esquemático del control manual de la bomba para agua.


82

Arrancador

Interruptor
L1

OL
M

OL

Control Manual
N
Operación manual
arranque y paro
de la bomba

Fig. 2.6. Diagrama lineal de control manual, para llenado de un tinaco con agua,
utilizando un arrancador manual.

Obsérvese que en este ejemplo no hay botones pulsadores y la operación
manual se efectúa con el interruptor de palanca integrado al arrancador. Ésta
es la razón por la cual se conduce como arrancador manual.
Corolario:

Control manual:
Es una acción que se efectúa en forma manual sobre la
máquina o el motor eléctrico con la intervención de
la mano del hombre.

Control semiautomático
Este tipo de control utiliza los controladores denominados arrancadores electromagnéticos y dispositivos pilotos manuales como:
•
•
•
•

Pulsadores (botones de arranque y paro).
Interruptores de maniobra (botón de hongo paro emergencia).
Selectores dentro y afuera.
Interruptores de límite, nivel, etcétera.


83

La acción del control semiautomático se da con los dispositivos pilotos
que son accionados manualmente y el arrancador del motor o máquina, actuados desde un lugar distante, cómodo y a la distancia requerida (figura 2.7);
lo que no es posible con el control manual, que debe operarse en el mismo
lugar en el que está situado el motor y el arrancador.
LÍNEA

Pulsadores remotos
(estación de botones)

Arrancador
electromagnético

Agua
Motor
eléctrico

Tinaco

Bomba

Máquina: bomba para agua

Agua

Cisterna

Fig. 2.7. Representación esquemática de control semiautomático en una máquina.

Estación de botones
remota para
parar-arrancar

Arrancar en lugar
de la máquina

L1

Control
semiautomático

N
P

A

OL OL
M

Operación arranque y
paro a control remoto

M

Fig. 2.8. Diagrama de control semiautomático.


84
Donde:

Botón parar

Botón arrancar

M1

Bobina del arrancador (la letra M1 significa el número de
motor que controla el arrancador)

Revelador de sobrecarga (protección contra sobrecarga)

M1

Contacto de sello (contacto auxiliar del arrancador M1)

L1

L1

Línea

N

N

Neutro

El diagrama lineal del control para este tipo se representa en la figura 2.4,
donde se observa que el control es remoto a través del dispositivo piloto, en
este caso, con una estación de botones parar-arrancar.
Nota: El diagrama esquemático de la figura 2.3 representa el ejemplo de control semiautomático de la bomba para agua en el llenado del tinaco.
En la figura 2.9 se representa otro ejemplo del control semiautomático,
en éste se instala un dispositivo piloto remoto en el tinaco que tiene la fun-


85

ción de parar en forma automática el llenado del recipiente y el arranque se
efectúa desde otro punto remoto con un dispositivo piloto selector dentro y
fuera, efectuando una operación manual.
LÍNEA


Tinaco

Arrancador
Motor
eléctrico

Agua

Dispositivo
piloto
interruptor
de flotador

Bomba

Máquina: bomba para agua

Agua

Cisterna

Fig. 2.9. Representación esquemática del control semiautomático
para el llenado con agua de un tinaco.

El diagrama lineal de control para el ejemplo de la figura 2.9 se representa en la forma siguiente:

Interruptor de
flotador remoto

Selector
dentro-fuera
remoto

Arrancador

Control
semiautomático

N

L
Fuera
OL
M1
Dentro

OL

Operación:
arranque manual
y paro automático

Contacto
NC

Fig. 2.10. Diagrama lineal de control semiautomático con dispositivos pilotos remotos.


86
Donde:

Selector de dos posiciones, dentro-fuera

NC
Contacto normalmente cerrado del interruptor de flotador

M1

Bobina del arrancador electromagnético

E.T E.T
Revelador de sobrecarga

L

Línea

N

Neutro

Caja moldeada que aloja a los dispositivos pilotos y arrancador.

En el diagrama lineal de control de la figura 2.10 el arranque se efectúa
con una operación manual al accionar el selector de la posición fuera a la
posición dentro, y la parada de la bomba se efectúa con una operación
automática a través del interruptor de flotador cuando el nivel de agua llega
hasta la esfera ejerciendo presión por medio de una varilla que actúa sobre el
contacto normalmente cerrado y con esta acción se abre el contacto interrumpiendo el circuito de control y para la bomba.


87

Obsérvese, muy independientemente hay una acción manual (arrancar la
bomba) y otra automática (parar la bomba); la operación integral del llenado
con agua del tinaco es semiautomática.
Corolario:

Control semiautomático:
“Es la combinación de una acción manual sobre una
máquina o motor eléctrico a través de dispositivos
pilotos actuados desde un lugar distante al de la máquina.”

El control automático ha sido estudiado por expertos los cuales ofrecen
diferentes definiciones de éste, para efectos de este texto estableceremos el
control automático de la siguiente manera:

Se entiende por control automático a la comparación
de una señal de salida con una señal de entrada (referencia) sin la intervención de la mano del hombre.

En el caso de los motores el control automático utiliza fundamentalmente un arrancador electromagnético cuyas funciones están controladas por
uno o más dispositivos pilotos automáticos a través de los cuales se inicia la
operación en forma automática; pero generalmente para romper la inercia del
sistema se inicia con una operación manual.
Cuando en un circuito existe la combinación de un dispositivo manual
con uno o más dispositivos automáticos, debe considerarse como control
automático. En particular el control automático actúa solo, sin la intervención
de la mano del hombre.


88

Para su estudio, algunos autores lo agrupan de la siguiente manera:
• Control del orden de eventos.
• Control de variables físicas.
El primero tiene gran aplicación en el área de robótica y esencialmente se
da cuando se requiere programar una serie de acciones con secuencia predeterminada para que se cumplan o sucedan los eventos deseados. En un edificio inteligente, las escaleras eléctricas, las bandas transportadoras y elevadores
son ejemplos de la aplicación de este tipo de control automático.
El control de variables físicas se presenta cuando un sistema de control
maneja variables físicas como velocidad, temperatura, flujo, volumen, presión
etc., y su aplicación se encuentra en el control de procesos industriales. Este tipo
de control utiliza en su sistema diferentes tipos de sensores para control de las
variables como temperatura (termostato), la presión (presostato) etcétera.
La aplicación de este tipo de control automático en un edificio inteligente
se encuentra en las instalaciones hidrosanitarias, de aire acondicionado y
seguridad principalmente.
Un ejemplo de un sistema de control automático del orden de cuentas es
el llenado con agua de una cisterna, utilizando un interruptor de flotador
como dispositivo piloto, instalado en forma predeterminada como lo muestra la figura 2.11, el nivel alto y bajo es determinado por el brazo del interruptor del flotador como se observa en el esquema.
LÍNEA

Interruptor
Tubería para
agua
Arrancador
electromagnético

Interruptor
de flotador

Bomba con
motor eléctrico
Tubería para
agua

Agua

Nivel alto
Nivel bajo

Cisterna
Pozo profundo

Fig. 2.11. Representación esquemática de control automático
para el llenado de una cisterna.


89

Cuando la cisterna se descarga por el consumo de agua y llega al nivel bajo
determinado por el brazo del interruptor del flotador, en esta condición el contacto normalmente abierto NC del flotador, conectado en serie con la bobina
del arrancador M se cierra y activa el circuito del control, ver figura 2.12;
arrancando la bomba e iniciando el llenado o la reposición de agua en la cisterna.

Interruptor de
flotador
nivel alto
L1

NC

Interruptor de
flotador
nivel bajo

Arrancador
electromagnético

OL OL

NA
M

Nivel alto

N1

Control
automático

Operación
manual

Bobina

Fig. 2.12. Diagrama lineal de control automático para el llenado de una cisterna
con agua, utilizando un interruptor de flotador.

En el momento de llegar el líquido al nivel alto, el brazo del flotador que
sube con el nivel, abre el contacto normalmente cerrado NC, como consecuencia de la presión que ejerce el nivel de agua sobre la esfera del flotador y
que se transmite a través del brazo del flotador parando en forma automática
la bomba. El contacto NC se conecta en serie con el contacto NA, ambos del
interruptor del flotador y además con la bobina del arrancador electromagnético. Nótese que no hay intervención de la mano del hombre, tanto en el
arranque, como en la parada del motor; por lo que se tiene una operación
automática, para romper la inercia del sistema bastará energizar a través del
interruptor.
El ejemplo anterior es un sistema de control automático del orden de
evento, la operación de llenado es el evento a controlar en forma automática.

90


Corolario:

Control automático:
Es el control que actúa solo, sin la intervención del
hombre; esto significa que las funciones están controladas por uno o más dispositivos pilotos remotos, consiguiendo con éstos la operación automática.

4. SIMBOLOGÍA

En el lenguaje de control hay un grupo de símbolos básicos que se aplican
para el diseño del circuito de control; en este punto se representan los símbolos más comúnmente empleados en los diagramas.

SÍMBOLO

DESCRIPCIÓN
Representa un contacto normalmente abierto y es accionado automáticamente.
Representa un contacto normalmente cerrado automáticamente.
Representa un contacto normalmente abierto, accionado
normalmente por un pulsador.
IDEM

anterior pero normalmente cerrado.

Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de palanca y su accionamiento es manual.
IDEM

anterior, pero normalmente cerrado.

Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de nivel de líquido, su accionamiento es automático.

91


92

SÍMBOLO

DESCRIPCIÓN

IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de presión o vacío, su accionamiento es automático.
IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor activado por temperatura, su accionamiento es
automático.
IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de flujo o caudal, su accionamiento es automático.
IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de límite o fin de carrera, su accionamiento es
directo.
IDEM


Representa el contacto normalmente abierto de un interruptor de pedal, su accionamiento es manual.
IDEM


Representa el contacto normalmente abierto temporizado con retardo al activarse, su operación es automática.


SÍMBOLO

93

DESCRIPCIÓN
IDEM


Representa una lámpara piloto o una lámpara indicadora.

M

Representa una bobina de un arrancador.

R

Representa una bobina de un relevador.

RT

Representa una bobina de un elevador de tiempo o relevador temporizador.
Representa una protección de sobrecarga (protección
contra carga).
Representa un interruptor selector dentro fuera.
M
A

Representa un interruptor selector de dos posiciones
manual y automático.
Representa un contactor trifásico.

L

Representa la línea viva de alimentación al circuito de
control.

N

Representa el neutro de la alimentación al circuito de
control.

5. LENGUAJE DE LOS CIRCUITOS DE CONTROL

Los diagramas son los lenguajes escritos de los circuitos eléctricos y adoptan
diversas formas según sean las necesidades específicas para su empleo. Desde
el punto de vista del control existen tres tipos y son:

Tipos de diagramas
• Diagrama de haces o unifilar.
• Diagrama de conexiones o físicos.
• Diagrama lineal de control.
El primer tipo de diagrama es el que se aplica para efectuar los cableados y
conexiones físicas cuando se conecta un sistema de control; asimismo, se utiliza para detectar fallas cuando se presentan durante la operación del sistema.
Este diagrama se elabora dibujando, por medio de símbolos convencionales, los equipos y dispositivos pilotos que intervienen, aproximadamente
en el lugar físico que les corresponde en la instalación. Dicho en otras palabras:

“El diagrama de conexiones o físicos es la representación del circuito de control con la distribución y
situación física relativa de sus componentes.”

95


96

A continuación como ejemplo, en la figura 2.13 se representa el diagrama físico para el arranque y paro de un motor eléctrico con estación de
botones remota.
Arrancador
electromagnético

L1

L2

1

L3
6

Contactos de
carga o fuerza

2

Contacto
auxiliar

Arrancar
3

2
3

1

3

2

M

Parar

Bobina

Dispositivo piloto
remoto

T3
T2
6

4

Relevador de
sobrecarga

OL

OL
5

5

Relevador de
sobrecarga

Motor

Fig. 2.13. Diagrama de conexiones o físico, arranque y paro de un motor
eléctrico con estación de botones remota.

En este diagrama se representan, en esencia, los componentes como bobina
del arrancador, contactos de carga o fuerza, contactos auxiliares y relevadores
de sobrecarga, además, la estación de botones arrancar y parar, los cuales son
identificables perfectamente, así como los hilos conductores que interconectan al circuito de control y fuerza.
La principal ventaja que ofrece este tipo de diagrama es que ayuda a identificar sus componentes en la conexión correcta. Nótese que el diagrama del
circuito de control se representa con una línea roja, motivo de este tema y el
de fuerza o carga con una línea azul.
La numeración empleada para señalar los puntos de identificación se
anotan en función del diagrama lineal de control presentado en la figura 2.15.


97

Diagrama de haces o unifilar
Si bien no está claro como el primer tipo de diagrama, en cuanto a la comprensión de funcionamiento del circuito de control, pero tiene la ventaja de
ser más compacto, ahorrando línea con varios conductores en una sola, lo que
da claridad cuando se trata de conectar a grupos de componentes de varios
circuitos de control.
Un ejemplo de este tipo de diagrama es el que se ilustra en la figura 2.14
y corresponde al diagrama lineal de control de la figura 2.15.

L1

Arrancar

L3

1

6

L3

Contactos de
carga o fuerza

2

Contacto
auxiliar

3
2
3

1

M

Parar

Bobina

Estación
remota

6

OL
T1

OL
T2

Arrancador
electromagnético
T3

Motor

Circuito de control
Circuito de fuerza

Fig. 2.14. Diagrama de haces o unifilar para conexión física; arranque
y paro de un motor eléctrico con estación de botones remota.


98

Obsérvese que en este diagrama el cableado y conexión se identifica con un
número donde el punto de conexión, origen y el de conexión final tienen el
mismo número.
En este ejemplo, el origen y final del cableado se presenta entre la estación
de botones remota y el arrancador. Este tipo de diagrama tiene gran aplicación en lo trabajos de montajes, por ejemplo de tableros.
Diagrama lineal de control. El estudio de dicho diagrama es el motivo de este
tema, por la importancia que tiene para la comprensión y análisis de los circuitos de control, pues a partir de éste se efectúa la lectura e interpretación de
las funciones de control, y mediante éste se elabora el diagrama físico o de
conexiones de cada componente incluido en el circuito.
El diagrama lineal es la representación del circuito de control con los elementos o componentes dispuestos en orden a su relación eléctrica, ver figura
2.15.
L1
1

1

2 2

3
2

3

M

4

N

3

Fig. 2.15. Diagrama lineal de control, arranque y paro de un motor
con estación de botones.

La lectura o interpretación de este tipo de diagrama es a partir de la
izquierda, de la línea superior denotada como L1 y se sigue hacia la derecha
hasta la línea denotado como N. Si un contacto está abierto la corriente no
pasará por éste, si está cerrado la corriente circulará para excitar o activar la
bobina en este ejemplo, pero puede ser cualquier otro dispositivo conectado
en el circuito; será necesario que cada contacto e interruptor estén cerrados y
activar el circuito de control. Es decir, si hay un contacto abierto, la bobina
estará inactiva y si no lo hay la bobina estará activada (energizada).
Lo anterior significa que la lógica aplicada en el diagrama lineal de control
es por medio de las conexiones cerrado/abierto, dicho de otra manera sí/no,
que es la operación de los bits.


99

El uso de contactos abiertos o cerrados de relevadores y contactores electromagnéticos para diseñar sistemas de control eléctrico automáticos ha sido
la base durante muchos años para este fin, pero actualmente es considerada
una tecnología antigua como consecuencia de la aparición del controlador
lógico programable (PLC) que tiene una gran aplicación para la automatización de procesos. Pero el estudio de los diagramas de control lineal sigue
siendo la base para el uso del PLC ya que en su programación el lenguaje más
utilizado es el diagrama de contactos o diagrama de escalera.
Ésta es una de las ventajas que tiene el diagrama lineal de control, otra es
que muestra el circuito en su propia o correcta secuencia eléctrica, donde
cada componente está indicado en su sitio en el circuito eléctrico, independientemente de su posición física; esto permite la comprensión del circuito de
control y facilita su análisis para localizar una falla cuando se encuentre en
operación.
Los símbolos utilizados para el diagrama lineal de control, están colocados en su posición eléctrica del circuito de control en lugar de su posición física
y los contactos “NA” y “NC” de un relevador pueden estar separados o repartidos entre un extremo y el otro del diagrama, éstos se identifican con una
letra o varias y un número en función de la bobina del relevador, esto se
entiende mejor si atendemos a las figuras 2.16 y 2.17.
Posición física de los
contactos “NA” y ”NC”
R1 R1 R1

R1

R1
Relevador de control

RT1 RT1 RT1 RT1
RT1
Relevador de tiempo

Fig. 2.16. Disposición física de contactos “NA” y “NC” en relevadores
con contactos instantáneos y contactos temporizados.

Cada uno de los contactos que son activados por el relevador de control
tiene la letra y número de identificación que tiene la bobina de dicho relevador; en este caso la bobina se identifica como R1 y los juegos de contactos
abiertos (2) y los cerrados (2) se denotan como R1 en cada uno.


100

En el caso del relevador de tiempo se identifican análogamente, la diferencia del contacto temporizado NC se identifica con las letras inversas TR1.
La numeración que acompaña a la letra de identificación del símbolo se
da porque en un sistema de control se presenta la necesidad de emplear varios
relevadores o bobinas de arrancadores como ocurre por ejemplo en el arranque secuencial de dos motores figura 2.17.
N

L1
P

A
R1
R1

Posición eléctrica
en el circuito de control
de contactos “NA”

R1

OL

OL

OL

OL

M1
A
M1
M2

M2

NA Contacto normalmente abierto
NC Contacto normalmente cerrado

Fig. 2.17. Arranque de motores en secuencia y paro simultáneo.

En el diagrama de la figura 2.17, se identifican las bobinas de los arrancadores correspondientes a los dos motores con la letra y número M1, M2 y
el relevador de control con la letra y numero R1, así se pueden indicar N
motores y relevadores requeridos por el sistema de control.
En este sistema de control el arranque y paro se logra por medio del relevador de control, al activarse su bobina a través del pulsador arrancar (línea
1 del diagrama) cierra instantáneamente sus contactos R1 y de esta forma
arranca el motor M1 y se prepara el arranque del motor M2 (línea 3 del diagrama); éste arranca al oprimir el pulsador arrancar y el paro simultáneo de
los motores es a través del pulsador paro (línea 1 del diagrama). Al oprimir
este pulsador se desenergiza la bobina de R1 e instantáneamente se abren los
contactos del relevador interrumpiendo los circuitos de control donde se

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