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2ª EDIÇÃO
Automação Residencial
2a EDIÇÃO
Belo Horizonte-MG
2014
3
4 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
Produção Editorial:
Copyrigth©2013 by Editora Educere
Rua Comendador Gomes, 64 / 101 - Bairro Santa Terezinha
CEP 31365-130 - Belo Horizonte / MG
Tel.: + 55 31 3327-7774
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1ª Edição: Novembro de 2013
2ª Edição: Julho de 2014
Editor: Cláudio Miranda Marins
Revisão ortográfica: Leila Maria Rodrigues
Capa, projeto gráfico e diagramação: Adriano Alves
Impressão e acabamento: Gráfica Itapuã
Impresso no Brasil / Printend in Brazil
Todos os direitos reservados à
Editora Educere Ltda.
Muratori, José Roberto
Dal Bó, Paulo Henrique
Automação Residencial - Conceitos e Aplicações.
2a. edição
Belo Horizonte: Editora Educere Ltda., 2014.
200pp. 16x23 cm
ISBN 978-85-65641-02-9
1. Automação residencial: Tecnologia 690.80285
2. Domótica: Tecnologia 690.80285
3. Residências inteligentes: Tecnologia 690.80285
I. Título.
CDD 690.80285
Automação Residencial
Sumário
Agradecimentos, 11
Prefácio, 13
1. Introdução à automação residencial, 15
1.1. Definição, histórico e evolução, 15
1.2. Benefícios alcançados, 16
1.3. Estágio atual do mercado, 19
1.4. Teoria do ciclo de vida e adoção
(para produtos e serviços de alta tecnologia), 23
1.5. O Consumidor moderno, 26
1.6. A construção civil inovadora, 27
2. Principais sistemas residenciais, 31
2.1. Níveis de automação, 31
2.2. Iluminação elétrica, 32
2.3. Iluminação natural, 35
2.4. Tomadas comandadas, 37
2.5. Climatização, 38
2.6. Home Theater, 44
2.7. Sonorização ambiente, 45
2.8. Sensores e atuadores, 47
2.9. Áreas de banho, 50
2.10. Piscinas e SPAs, 55
2.11. Aquecimento solar, 58
2.12. Irrigação de jardim, 60
2.13. Aspiração central, 63
2.14. Integração de sistemas, 65
3. Integração com sistemas de segurança, 67
3.1. Central de alarme, 67
3.2. Proteção perimetral, 68
3.3. Sinais de emergência e de pânico, 69
3.4. CFTV (Circuito Fechado de Televisão), 70
3.5. Controle de acesso, 72
4. Instalações elétricas residenciais convencionais, 79
4.1. Circuito elétrico, 79
4.2. Fase do sistema elétrico, 80
4.3. Zona de iluminação, 81
4.4. Exemplos de ligação de uma zona de iluminação
4.4.1. Ligação simples, 83
4.4.2. Ligação paralela (Three Way), 84
7
8 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
4.4.3. Ligação intermediária (Four Way), 85
4.5. Exemplo de ligação de uma tomada, 85
4.6. Vantagens e desvantagens, 86
5. Instalações elétricas residenciais automatizadas, 89
5.1. Principais obstáculos a serem vencidos, 89
5.2. Definição de cargas automatizadas, 91
5.3. Definição de acionamentos, 91
5.4. Conceito de cenas ou cenários, 91
5.5. Utilização de tomadas comandadas, 92
5.6. Automação centralizada, 93
5.7. Automação distribuída, 97
5.8. Controladores autônomos (stand alone), 97
5.9. Centrais de automação, 99
6. Principais protocolos de automação, 103
6.1. Definição de protocolo, 103
6.2. Protocolos de automação powerline, 104
6.2.1. X10, 105
6.2.2. UPB (Universal Powerline Bus), 105
6.2.3. HomePlug, 106
6.3. Protocolo de automação sem fio, 106
6.3.1. ZigBee, 108
6.3.2. Z-Wave, 108
6.3.3. UHF (Ultra-High Frequency), 109
6.4. Protocolo de automação híbridos, 109
6.4.1. CEBus (Consumer Electronics Bus), 111
6.4.2. Insteon, 111
6.4.3. LonWorks, 112
6.4.4. KNX, 112
7. Cabeamento estruturado residencial, 117
7.1. Motivadores, 117
7.2. Cabos pares trançados, 118
7.3. Cabos coaxiais, 124
7.4. Cabos de fibra óptica, 128
7.5. Cabeamento residencial não estruturado, 129
7.6. Cabeamento residencial estruturado, 130
7.6.1. Equipamentos passivos: hardware de conexão, 130
7.6.2. Equipamentos ativos: voz, dados e imagem, 131
7.6.3. Conceito de manobra: Cross Connect, 132
7.6.4. Centro de conectividade de sistemas, 135
7.7. Normas técnicas, 137
7.8. Infraestrutura para as redes sem fio, 138
Automação Residencial
8. Projeto integrado de infraestrutura, 141
8.1. O que é um projeto integrado?, 141
8.2. Por onde começar? Check list de Projeto, 144
8.3. Gateways de integração, 151
8.4. Pré-automação, 152
8.5. Acompanhamento e validação do projeto na obra, 155
9. Interfaces para Usuários, 157
9.1. Pulsador, 157
9.2. Keypad, 159
9.3. Controle remoto universal, 160
9.4. Tablet e Smartphone, 162
9.5. Celular e SMS, 163
9.6. Outras interfaces, 163
9.7. Aplicações especiais de automação residencial, 164
9.8. Monitoramento remoto, 166
10. Automação em áreas comuns de condomínios residenciais, 169
10.1. Motivadores, 169
10.2. Elementos do sistema de supervisão e controle, 170
10.3. Funcionalidades do sistema de supervisão e controle, 174
10.4. Redução de custos condominiais, 175
10.5. Benefício para as construtoras, 175
11. Automação residencial e eficiência energética, 177
11.1. Introdução, 177
11.2. Aplicações simples, 178
11.2.1. Sensores de presença, 178
11.2.2. Cena “Master off”, 178
11.2.3. Apoio elétrico do boiler (aquecimento solar), 179
11.3. Iluminação e economia de energia, 181
11.4. Conceito de Smart Grid, 187
12. Projeções – O Futuro da Automação Residencial, 193
12.1. Perspectivas do mercado, 193
12.2. Novas demandas, 194
12.3. Mudanças de Paradigmas, 196
12.4. Internet das coisas, 197
12.5. Uma dose de futurismo, 199
Referências Bibliográficas, 200
9
14 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
01
Automação Residencial
15
1. Introdução à automação residencial
1.1.
Definição, histórico e evolução
No mercado brasileiro, a definição de Automação Residencial
(AR) surgiu como herança de Home Automation utilizado no
mercado americano. Isso ocorreu pelo fato de, no Brasil, os primeiros
sistemas voltados para a automação de residências serem oriundos
de fabricantes americanos. Na Europa, o termo mais utilizado é
Domótica – junção da palavra latina Domus (casa) com Robótica
(controle automatizado).
Uma definição bastante interessante e que agrega também
a ideia de integração de sistemas residenciais pode ser resumida
pela seguinte frase: “É um processo que, usando diferentes
soluções e equipamentos, possibilita ao usuário usufruir o máximo
de qualidade de vida na sua habitação”.
Nos últimos anos, ocorreram inúmeros esforços por parte
dos fabricantes de equipamentos, de profissionais qualificados e de
associações para a difusão do conceito de automação residencial.
O principal desafio sempre foi o de mostrar ao futuro usuário os
benefícios dessa tecnologia e como ela pode agregar valor não só
na vida cotidiana dos moradores como também na valorização do
imóvel.
Há cerca de dez anos, a automação residencial era vista
apenas como luxo e havia uma relação instantânea com a famosa
“Casa dos Jetsons”... Com o passar do tempo, de um modo geral,
ocorreu um aculturamento com itens relacionados à tecnologia.
Contudo, a missão de difundir os benefícios da automação
residencial ainda não é uma tarefa fácil, principalmente para os
mais céticos. Muitos daqueles conceitos de automação vistos
como futuristas são hoje utilizados com naturalidade por muitas
famílias brasileiras. Os sistemas estão cada vez mais acessíveis e as
pessoas, no mínimo, já ouviram falar a respeito, seja por meio da
mídia ou por algum amigo que já possui um sistema instalado em
sua residência.
Automação Residencial
1.3.
19
Estágio atual do mercado
O mercado de AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL no Brasil aos
poucos está adquirindo características muito próximas às de
mercados mais evoluídos. A incorporação de um novo profissional,
intitulado Integrador de Sistemas Residenciais, define uma situação
específica desse mercado: em função das diferentes tecnologias, da
sua complexidade de projeto, instalação e programação, ainda não
existem soluções plug-and-play, exigindo, assim, uma especialização
do profissional que nele atua.
No exterior, esse profissional (ou pequena empresa) recebe o
nome de Systems Integrator ou ainda Electronic Systems Contractor.
Sua característica notória é a de se tratar de um pequeno negócio,
quando não de um profissional autônomo com equipes de instalação
terceirizadas. Esse padrão é dominante uma vez que os projetos de
sistemas integrados residenciais são extremamente personalizados,
exigindo uma dedicação que só uma pequena equipe (e não um
departamento de uma multinacional) pode dispensar ao usuário
consumidor.
Assim, o mercado atualmente se posiciona com os seguintes
players importantes:
30 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
02
Automação Residencial
2.4.
37
Tomadas comandadas
Ao contrário das tomadas convencionais, as tomadas
comandadas não ficam energizadas constantemente, ou seja, elas
podem ser ligadas e desligadas por um controlador de automação
de acordo com as necessidades dos moradores.
A forma de tomada comandada mais utilizada em instalações
automatizadas é aquela na qual a tomada é ligada a uma saída
dimerizada. Dessa forma, a tomada será utilizada exclusivamente
para a ligação de um abajur que irá participar de cenários de
iluminação.
Outra forma de utilização de tomadas comandadas é aquela
na qual a tomada é ligada a uma saída liga/desliga (on/off). Dessa
forma, a tomada será utilizada para a ligação de eletrodomésticos
que poderá ser programado para ser ligado/desligado em horários
pré-determinados. Alguns exemplos de equipamentos que
são utilizados com esse tipo de tomadas comandadas são
cafeteiras, aromatizadores de ambientes, pipoqueiras, fontes
decorativas, etc.
Figura 3 – Exemplos de equipamentos ligados a tomadas comandadas.
44 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
2.6.
Home Theater
Devido a sua importância como entretenimento, atualmente
os Home Theaters são considerados como um ambiente ou cômodo
específico dentro dos projetos arquitetônicos. Dessa forma, eles
vêm agregando inúmeras funcionalidades desde o controle dos
próprios equipamentos de áudio e vídeo (receivers, televisores,
DVD/Blu-ray players, Media centers, etc.), passando pelo controle
de telas de projeção, de lifts (elevadores) de projetores e de caixas
de som retráteis até a integração total com o sistema de automação
residencial para controlar também cortinas elétricas e a iluminação.
Há uma tendência acentuada no crescimento da indústria
do entretenimento residencial e nela os sistemas de Home Theater
passaram a ser os “aglutinadores” dessas novas tecnologias. Hoje,
temos instalados nos Home Theaters equipamentos como consoles
de video games, media centers e streamers de áudio e vídeo,
equipamentos para distribuição de som ambiente, equipamentos
para sistemas de vídeo sob demanda (Apple TV e decoders digitais
de TV a cabo), switches de redes Ethernet, controladores de
sistemas de automação, etc.
Na Figura 7 temos alguns exemplos de equipamentos
controlados em um sistema de Home Theater.
Tela elétrica
Blu-ray
Receiver
Lift
Caixa acústica
motorizada
iPod
Media center
Televisor
Figura 7 – Exemplos de equipamentos controlados em um sistema de Home Theater.
Automação Residencial
55
2.10. Piscinas e SPAs
Os controladores para o tratamento de água de piscinas
são sistemas considerados totalmente autônomos, pois eles
têm a capacidade de executar os ciclos de filtragens diárias e/ou
aquecimento de forma automática. Assim, poucas aplicações de
integração com sistemas de automação residencial são efetivamente
viáveis. Um cuidado que deve ser levado em consideração quando se
pensa em automação de piscinas é que, por princípio de controle de
máquinas, se há um registro instalado na tubulação de uma motobomba, só se pode implementar o comando sobre esta se houver
o controle sobre este registro. Imagine ligar a moto-bomba com o
registro fechado! A tubulação seria completamente danificada! Para
tal implementação, seria necessária a substituição desses registros
por válvulas solenoides (comando elétrico). Como o diâmetro dessas
tubulações – e, consequentemente, desses registros – é grande, o
custo dessas válvulas solenoides seria proibitivo para uma aplicação
residencial.
Entretanto, equipamentos periféricos como cascatas,
jatos e iluminação interna podem ser integrados aos sistemas de
automação residencial e podem produzir efeitos interessantes na
criação de um determinado cenário.
A Figura 14 mostra alguns exemplos de cascata e iluminação
interna de piscinas.
Figura 14 – Exemplo de cascata e iluminação interna de piscinas.
56 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
Uma aplicação bastante interessante para piscinas é o
monitoramento de queda acidental de crianças na água. Existem
sistemas que são capazes de detectar a queda na água de uma
massa de poucos quilos e gerar tanto um alarme sonoro como o
acionamento de um relé (contato seco) para ser integrado com
um sistema de automação. Nesse caso, o sistema de automação
residencial poderá, se for à noite, acender automaticamente toda a
iluminação externa da piscina e enviar avisos do tipo SMS ou e-mail
para os moradores sobre tal ocorrência.
Nos Estados Unidos, estima-se que anualmente
aproximadamente 375 crianças menores de 5 anos morrem
afogadas em piscinas. Geralmente esse fato ocorre na piscina da
sua própria residência. Adicionalmente, mais de 2.900 crianças
dessa mesma idade são atendidas em hospitais devido a lesões
causadas por afogamento. No Brasil, um levantamento do
Ministério da Saúde de 2010 aponta que, anualmente, cerca de
1.300 crianças morrem afogadas em piscinas.
O afogamento de uma criança pode ocorrer com rapidez.
Uma criança pode se afogar enquanto se atende ao telefone ou
à campainha da residência. A sobrevivência da criança depende
de um resgate rápido e cada segundo é importante para prevenir
a morte ou um possível dano cerebral. Uma criança que se afoga
sofre uma morte silenciosa, pois ela não grita e nem se debate para
avisar as pessoas.
A Figura 15 mostra alguns exemplos de sistemas de detecção
de queda de crianças em piscinas.
Figura 15 – Exemplos de sistemas de detecção de queda de crianças em piscinas.
66 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
03
Automação Residencial
67
3. Integração com sistemas de segurança
3.1.
Central de alarme
As centrais de alarme são equipamentos eletrônicos
desenvolvidos com funções específicas para a área de segurança
eletrônica. Elas possuem entradas exclusivas para sensores
magnéticos de portas e janelas, sensores de movimento, quebra de
vidro, sabotagem da sirene, etc., e, ainda, os principais protocolos
de comunicação utilizados pelas centrais de monitoramento.
Trata-se de um hardware dedicado para essa aplicação e fornecido
a um custo relativamente baixo se comparado com uma central
de automação. A Figura 21 mostra alguns exemplos de centrais de
alarme e equipamentos periféricos.
Central
Teclado de senha
Sensores de porta e janela
Sirene
Sensor de
presença
Figura 21 – Exemplos de centrais de alarme e equipamentos periféricos.
Embora tecnicamente seja possível desenvolver funções de
uma central de alarme em uma central de automação, não é uma
solução usual, pois os custos envolvidos tanto dos equipamentos de
automação como o dos serviços de engenharia seriam proibitivos.
200 José Roberto Muratori e Paulo Henrique Dal Bó
Referências Bibliográficas
Normas
ISO IEC 15018:2004 (First Edi�on) – Informa�on technology
Generic cabling for homes.
ISO IEC 15018 Amendment 1:2009 (Edi�on 1.0) – Informa�on technology
Generic cabling for homes.
ANSI/TIA/EIA 570C (Residen�al Telecommunica�on Cabling Standard).
NBR 16264:2014 - Cabeamento estruturado residencial.
Publicações
10 steps for a Smarter Grid - White Paper - Steven E.Collier – IEEE 2010
Connected Home Roadmap – CABA – 2010
Crossing the Chasm – Geoffrey Moore – Harper – 1995
Home Automa�on 2.0: What Everybody Should Know
Gerard O'Driscoll – HomeToys 2012
iHome & Buildings – CABA Magazine – vol 10 n.2 – Summer 2013
Inside the Tornado – Geoffrey Moore – Harper – 1995
Is Home Control Hea�ng Up � White Paper – CABA Zanthus- 2010
State of the Connected Home Market Study – CABA – 2011
Sites na Internet
AURESIDE – www.aureside.org.br
ENERGY STAR – www.energystar.gov
PLANETECH – www.planetech.uol.com.br
PLANO NACIONAL DE EFICIENCIA ENERGETICA – www.aureside.org.br/temas/pnef.pdf
REVISTA HOME THEATER – www.revistahometheater.uol.com.br
WORLD FUTURE SOCIETY – www.wfs.org
www.editoraeducere.com.br