Autor: Rubén San Martín – Centro de Ingeniería Eléctrica y Sistemas (CESICE).FIIIDT.
La gran mayoría de los edificios cuentan con un sistema de detección de incendios, estos son muy eficaces para proteger a las personas, las instalaciones, equipos, bienes, entre otros. A lo largo del tiempo la tecnología que controlan estos sistemas a avanzado haciéndolos cada vez más precisos, permitiéndolos detectar incendios en su fase inicial, cuando son más sencillos de controlar, en cambio, una detección tardía puede generar grandes catástrofes, perdidas y eleva exponencialmente la dificultad de extinguirlo.
La principal función de un detector de incendios es, precisamente, detectar y alertar un incendio en su fase más temprana, por lo general el sistema cuenta con alarmas sonoras y visuales. La detección puede ser realizada de manera automática mediante el uso de equipos de detección o sensores como por personas mediante los accionadores manuales, y en general los sistemas cuentan con ambas modalidades de aviso.
Los componentes que tiene un sistema de detección de incendios son: Unidad de Control (Panel o grupo de Paneles en red), Equipos de detección (Existen distintos tipos acorde a las características del sitio), Accionadores manuales, Señalización (Sirenas, Strobos, Audio), Líneas de conexión (Cableado), Alimentación (Energía y backup), Elementos auxiliares (Módulos de entradas y salidas para censado y control opcional de otros equipos y sistemas). [1]
A continuación, se realizará un Sistema de Detección de Incendios, utilizando electrónica digital en específico compuertas lógicas, es un ejemplo básico en el que se puede entender más a fondo la lógica de estos sistemas de detección. Se establecerán condiciones para que el sistema funcione adecuadamente.
Se quiere diseñar un circuito lógico para un sistema de detección que active una alarma de incendios (A) y una señalización luminosa (L) para la evacuación de un edificio de 3 pisos. Para ello se tiene un sensor de gases (G), un sensor de humos (H), un interruptor (E) manual de emergencia y dos señales procedentes de un termómetro que indican si la temperatura es mayor de 45°C (T45) y si la temperatura es mayor de 60°C (T60). Debido a que a veces los sensores detectan humos y gases que no siempre proceden de incendios (por ejemplo, de los cigarrillos o las cocinas), para evitar falsas alarmas, la señal A y L se activarán cuando se cumplan las siguientes condiciones:
- Si la temperatura es mayor de 60°C siempre se activarán las alarmas.
- Si la temperatura está entre 45°C y 60°C se activarán las alarmas sólo si han detectado gases o humos (o ambos).
- Si la temperatura es menor de 45°C se activarán las alarmas sólo si se detectan gases y humos.
- Siempre que se active una señal manual de incendios procedente de un interruptor.
Resumiendo, las señales se cuentan con cinco (5) señales de entrada y dos (2) señales de salida, para este ejemplo se usarán señales binarias (1 y 0), es importante definir los niveles (bajo o alto) en los que van a trabajar las señales:
Entradas:
Sensor de Gases (G), “1” lógico si detecta algún Gas y “0” lógico si no hay presencia de gases.
Sensor de Humo (H), “1” lógico si detecta Humo y “0” lógico si no hay presencia de humo.
Sensor de Temperatura 45°C (T45), “1” lógico si la Temperatura es mayor a 45° y “0” si la temperatura es menor.
Sensor de Temperatura 60°C (T45), “1” lógico si la Temperatura es mayor a 60° y “0” si la temperatura es menor.
Interruptor de Emergencia (E), “1” lógico si se acciona el interruptor y “0” cuando el interruptor está en estado original.
Salidas:
Alarma sonora (A), “1” lógico Alarma activa y “0” lógico apagada.
Señal Luminosa (L), “1” lógico señal luminosa activa y “0” lógico apagada.
Es importante destacar que ambas señales se van a activar siempre al mismo tiempo, una no es independiente de otra, por lo cual la función booleana que llevará la lógica de una señal será la misma para la otra.
Antes de realizar la tabla de la verdad se deben saber las combinaciones posibles según el número de variables, para este caso se tienen 5 variables por lo cual aplicando la fórmula: 2n = c , donde n es el número de variables y c el número de combinaciones posibles, sustituimos: 25 =32 , estas son las combinaciones para una tabla de la verdad de 5 variables, pero debido a que la variable del Interruptor manual activará las señales de salida siempre que esté en 1 lógico, se puede obviar de la tabla de la verdad y al final agregarla a la función con una compuerta OR. Por lo tanto, el número de variables se reduce a 4 y la tabla de la verdad quedaría un poco más corta. Aplicando nuevamente la fórmula, 24 = 16, ya se puede realizar la tabla de verdad, siguiendo las condiciones antes dadas.
Ahora se puede obtener la función booleana para los dos actuadores, Alarma y Señal Luminosa:
Para simplificar la función se hará uso de una herramienta llamada Mapa de Karnaugh, esto es un diagrama utilizado para simplificar funciones algebraicas en forma canónica. “Consiste en una representación bidimensional de la función que se quiere simplificar. Si la función viene expresada como una tabla de verdad, entonces la tabla de Karnaugh puede verse como una forma alternativa de representación 2D. Puesto que la tabla de verdad de una función de n variable posee 2n filas, la tabla de Karnaugh correspondiente debe poseer también 2n celdas. La construcción de la tabla de Karnaugh pasa por codificar cada celda en código binario reflejado (o código Gray) de manera que celdas adyacentes tengan un código que difiere en un solo dígito” [3]
Tomando los “1” lógicos dados por la tabla de la verdad se puede generar el Mapa de Karnaugh:
La simplificación consiste en hacer grupos de mientras más elevado el grupo más simplificada la función, las variables que no cambian son las que permanecerán. En la tabla
Tabla 3. Grupo 1. Fuente [2]
Nótese que es un grupo de 8 dígitos, las variables G y H que están en el lado izquierdo de la tabla varían en las 4 filas, por lo cual esas dos variables se eliminan. Las variables T45 y T60 que se representan con la fila superior se observa que T45 varía y T60 permanece igual en todo el grupo, esto quiere decir que para esta agrupación el resultado es T60. Ahora crearemos un segundo grupo en azul, de 4 dígitos:
Tabla 3. 2. Fuente [2]
En este grupo vemos que las variables que permanecen igual son G y H. Las variables que cambian de estado son T45
Y T60 por lo que estas se eliminan, quedando este grupo con un resultado de
G * H.
El tercer grupo creado se representa con una línea color rojo:
Tabla 5. Grupo 3. Fuente [2]
Para el último grupo de 4 dígitos representado en verde:
Tabla 6. Grupo 4. Fuente [2]
En este último grupo las dos variables que cambian de estado son H y T60, por lo cual el grupo queda representado por G * T45.
Para finalizar la simplificación combinamos todos los resultados, en este caso con un mas (+), debido a que la tabla de la verdad se realizó con “1” lógicos.
Como se había mencionado anteriormente para que el interruptor funcione en conjunto con la función obtenida se debe colocar con una compuerta OR sumando toda la función
Ya con la función completa se puede realizar el circuito esquemático, de la siguiente forma:
Todos los sensores se representaron con señales lógicas de forma didáctica. Debido a que el edificio consta de 3 pisos, se debe realizar un circuito para cada uno de los pisos y juntar las señales de salida por medio de compuertas OR, véase en la figura 3.
Cada piso tiene su circuito lógico para detectar incendios, cada uno funciona independiente del otro pero todas las señales se agrupan para activar las alarmas, es importante señalar que este circuito es un ejemplo didáctico para la comprensión del funcionamiento de las sistemas de detección de incendios, para realizar uno en físico es necesario realizar circuitos para elevar la tensión al momento de llegar a los actuadores, de igual forma se deben realizar arreglos para obtener señales discretas de 0 voltios a 5 voltios desde los sensores que se van a utilizar
Bibliografía:
[1] Innovación Seguridad Electrónica (2020). Nociones básicas de un sistema de detección de incendios. Fecha de consulta: 15, septiembre, 2020 desde https://revistainnovacion.com/nota/10467/nociones_basicas_de_un_sistema_de_deteccion_de_incendios/
[2] Rubén San Martín, José Barrios (2017). Compuertas Lógicas -Venezuela (Investigación para el Laboratorio de Sistemas Lógicos) Charallave: Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”, Ingeniería Mecatrónica.
[3] Bookdown (2019). Mapa de Karnaugh. Fecha de consulta: 17, septiembre, 2020 desde https://bookdown.org/alberto_brunete/intro_automatica/mapa-de-karnaugh.html
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